专利名称：微型针装置的制造方法和相应的微型针装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型针装置的制造方法、一种相应的微型针装置以及应用。
背景技术：
虽然可应用到任意的微型机械的结构部件上，但是本发明和作为本发明基础的背景在微型机械结构部件方面在硅技术中有叙述。微型针装置一它例如具有由多孔的硅构成的微型针一在“穿透皮肤输药” (Transdermal Drug delivery)领域用作药膏的扩展，疫苗的载体，或者也用于提取人体液 (所谓的中间组织液+Transdermal fluid)，用于诊断和分析人体参数(例如葡萄糖、乳酸
盐) 。用于小分子(例如尼古丁)的药膏(Transdermal patches)已详细公开。为了扩大这类穿透皮肤应用有效物质的使用领域使用了所谓的化学增强剂，或者不同的物理方法 (超声波、热脉冲)，这些方法有助于克服皮肤的保护层。在这方面的其它方法是通过细孔微型针机械地穿透外皮层(stratum comeum)，并且结合有效物质的剂量，优选地通过有效物质膏一微型针可集成到这种有效物质膏中一， 或者通过一种计量装置，这种计量装可有针对性地输出(药剂、停止、增加)有效物质。DE 10 2006 028 781 Al公开了一种用于制造多孔的在硅基质上成排设置的，且用于穿透皮肤地输送药物的微型针的方法。这个方法包括在半导体基质的前侧面上形成具有多个微型针的微型针装置。这些微型针从半导体基质的支撑区域凸起，并且部分地使半导体基质产生多孔，以形成多孔的微型针，其中，从在半导体基质的前侧面开始形成多孔， 并且形成多孔的容器。DE 10 2006 028 914 Al公开了一种由多孔的材料制成微型针的方法，其中，在由硅构成的微型针装置上涂覆一个油漆层，针尖未被覆盖，据此对微型针进行多孔化。DE 10 2006 040 642 Al公开了一种用于设置在皮肤中，且目的在于穿透皮肤用药的微型针装置。图&i、b为示范性地说明微型针装置的制造方法的简图，确切地说，图8a为蚀刻栅格的顶视图，图8b为蚀刻栅格的截面图和沿图8a的A-A线产生的微型针装置的截面图。在图8中附图标记10表示蚀刻掩模。这个掩模放置在硅基质1上。这个蚀刻掩模10例如是一种氧化物掩模。这个掩模是通过在硅基质1上的一种合适的照相石版术工序，并且按照一种全表面氧化或者氧化分离制成。蚀刻掩模10具有有规律的方形的蚀刻栅格的形状，且具有水平的栅格接片100和正交垂直的栅格接片110。附图标记IOa表示在栅格接片100和110之间相应的栅格交叉区域。附图标记IOb表示相应的栅格开口。在蚀刻工序时蚀刻介质通过该开口可到达硅基质1，为的是使硅基质多孔化，并且因此形成微型针。通过一种本身已公开的各向异性的蚀刻工序(例如DRIE)和各向同性的等离子体蚀刻工序对具有多个根据蚀刻栅格10矩阵设置的微型针200的微型针装置20进行结构化。各向异性和各向同性的蚀刻工序或者是一次性地按照先后顺序，也就是首先是各向异性，然后各同同性地进行，或是是交替地，例如各性异性一各向性一各向异性…等地进行。在蚀刻之后微型针200保留在栅格交叉区域IOa的下面。此外在图8a、b中所使用的蚀刻掩模10中在微型针200的脚上还留下半导体基质1的支承区域la。在蚀刻之后这个蚀刻掩模10横跨在微型针装置20上，并且在一个未示出的边缘区域中悬挂在基质1的上面。通过一个氧化蚀刻步骤，通过取掉蚀刻掩模后使微型针装置外露。然后，假若需要，可在另一个蚀刻步骤中完成多孔比。微型针装置的功能观点是，这些针应尽可能好地刺入到皮肤中，也就是说，这些微型针应尽可能地尖，但是不能设置得太宽，因为否则会出现所不希望的“i^akir效应”，也就是说出现针刺入皮肤受阻的情况。另一方面例如希望大量的输入有效物质又常常要求多个针相应多地穿刺皮肤。若为此牺牲大的面积，则成本迅速增加，因为这个成本和晶片面积成线性比例地增加。
发明内容
在权利要求1中所定义的根据本发明的用于微型针装置的制造方法和按照权利要求6所述的相应的微型针装置，以及按照权利要求12所述的应用具有下述优点，蚀刻掩模的栅格交叉区域在面积方面相对于栅格接片加强了，为的是在蚀刻工序中产生更粗的和更稳定的微型针。例如当人们在微型针装置的内部并排设置不同高度的微型针时，首先是较长的微型针刺入到皮肤中，并且紧跟着是较短的微型针刺入已经穿入的皮肤，这使得穿入过程更加可靠、更加有效和更加稳定。也可产生例如用于纹身的图案。在使用根据本发明的蚀刻掩模的情况下可在蚀刻工序后对基质表面上的不均勻性进行修正，这样就得到了在晶片上的一种均勻的微型针图案，这带来提高的产出。本发明可在微型针装置的内部对针的高度图案进行有针对性的调配，这可按照用途进行调配，并且通过这一措施可使针的穿刺特性，还有稳定性和要求进行适配。那些在从属权利要求中所列举的特征涉及本发明的有关主题的一些有利的进一步发展和改进。
在附图中示出了本发明的一些实施例，在下述说明中对这些实施例进行更加详细的说明。这些附图是
图la、b 用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第一实施形式的简图，确切地说，图Ia为蚀刻栅格的顶视图，图Ib为蚀刻栅格的横截面图和由此所产生的微型针装置的沿图Ia的A-A’线的横截面图。图2a、b 用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第二实施形式的简图， 确切地说，图加为蚀刻栅格的顶视图，图2b为蚀刻栅格和由此所产生的微型针装置的沿图 ^iWA-A线的横截面图。图3a、b 用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第三实施形式的简图，确切地说，图3a为蚀刻栅格的顶视图，图北为蚀刻栅格和由此所产生的微型针装置沿图3a 的A-A线的横截面图。图4a、b 用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第四实施形式的简图， 确切地说，图如为蚀刻栅格的顶视图，图4b为蚀刻栅格和由此所产生的微型针装置沿图如的A-A’线的横截面图。图5a、b 用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第五实施形式的简图， 确切地说，图fe为蚀刻栅格的顶视图，图恥为蚀刻栅格和由此产生的微型针装置的沿图fe 的A-A’线的横截面图。图6 用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第六实施形式的蚀刻栅格的顶视图。图7 用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第七实施形式的蚀刻栅格的顶视图。图8a、b 用于说明微型针装置的示范性的制造方法的简图，确切地说，图8a为蚀刻栅格的顶视图，图8b为蚀刻栅格和由此产生的微型针装置的沿图8a的A-A线的横截面图。
具体实施例方式
在这些附图中相同的附图标记表示相同的或者功能相同的部件。图la、b为用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第一实施形式的简图，确切地说，图Ia为蚀刻栅格的顶视图，图Ib为蚀刻栅格和由此产生的微型针装置的沿图Ia的A-A’线的横截面图。在第一实施形式中附图标记10’表示蚀刻掩模。这个蚀刻掩模如同图8a、b的蚀刻掩模10 —样具有一个由水平的栅格接片100’和垂直的栅格支格110’构成的有规则的正交栅格。栅格交叉区域用附图标记10’ a表示，栅格开口用附图标记10’ b表示。与上述蚀刻掩模10不同的是，这个蚀刻掩模10’在栅格交叉区域10’ a中具有方形的加强区域115’。这个加强区域具有比栅格接片100’、110’更大的横截面，并且还超出栅格接片IOOMlO'地延伸到栅格开口 10，b中。如果将在谈到图8时已描述的各向异性/各向同性的蚀刻工序使用到硅一基质1 上一该基质已被由氧化物构成的蚀刻掩模10’盖住一则产生在图Ib中示出的微型针形状。 所示形状具有比图8b的微型针200更粗、更加稳定的微型针200’。特别是在图Ib的微型针装置20’中图8b的支持区域Ia几乎完全消失了。图2a、b示出用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第二实施形式的简图，确切地说，图加为蚀刻栅格的顶视图，图2b为蚀刻栅格和由此产生的微型针装置的沿图^iWA-A线的横截面图。在图2的第二实施形式中，附图标记10’’表示由氧化物构成的蚀刻掩模，这个蚀刻掩模也具有水平的栅格接片100’’和垂直的栅格接片110’’，这些支杆正交形式设置。在这个蚀刻掩模10’’中栅格交叉区域用10’’ a表示，栅格开口用10’’ b表示。和上述第一实施形式的不同之处是，在第二实施形式中正方形的加强区域115’ ’a 和115’’ b在栅格交叉区域10’’ a中它们的面积发生了变化。这样，在本实施例中第一加强区域115’，a具有比第二加强区域115’，b更大的面积。
若在这种类型的蚀刻掩模10’，中使用上述的各向异性/各向同性的蚀刻工序，则出现如图2b所示的更高更粗的微型针200’ ’ a和更细和更低矮的微型针200’ ’ b。在较大的加强区域115’’ a的下面形成更高更粗的微型针200’’ a，在较小的加强区域115’’ b的下面形成更加细和低矮的微型针200’ ’ b。在各向异性蚀刻工序之后更细和更粗的微型针虽然有相同的高度，但是在各向同性蚀刻工序中细的微型针蚀刻得更快，并且和较粗的微型针相比在高度上发生变化，这样就出现了在图2b中所示的微型针装置20’ ’。更粗更高的微型针200’ ’ a的典型尺寸是，高度hl=180 μ m,更加细和低矮的微型针200，，b的典型尺寸量级是，高度h2=120 μ m。试验表明，当微型针200，，a和200，，b之间的高度差在20-50%的区间时可以得到极其有效的穿刺特性。图3a、b示出用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第三实施形式的简图，确切地说，图3a示出蚀刻栅格的顶视图，图北示出蚀刻栅格和由此所产生的微型针装置的沿图3a的A-A’线的横截面图。在第三实施形式中这个蚀刻掩模10’ ’ ’也具有水平的栅格接片100’ ’ ’和垂直的栅格接片110’’’。这些栅格接片按照已说明的正交栅格形式设置。在这个蚀刻掩模10’’’中，在栅格交叉区域10’’’a中设置具有较大面积的第一加强区域115’ ’ ’ a，具有较小面积的第二加强区域115’ ’ ’ b和在一定的栅格交叉区域10’ ’ ’ a 中根本没有设置加强区域。后者的栅格交叉区域位于蚀刻掩模10’’’或者所产生的具有栅格开口 10，，，b的微型针装置20，，，的内部区域IB中。如图北所示，借助这种蚀刻掩模10’ ’’在上面已说明的蚀刻工序中可在微型装置 20，，，中制造三种不同类型的微型针200，，，a、200，，，b和200，，，C。第一微型针200，，，a 为较粗的针，具有较大的高度hl，典型地为180 μ m。第二微型针200’ ’ ’ b为较细低矮的微型针，其高度h2典型地为120 μ m。第三微型针200’ ’ ’c为很细很低矮的微型针，其高度h3 典型地为90 μ m。图3a、b所示，这第三微型针200’，，c没有设置在微型针装置200’，，的外部区域 AB中，而是设置在它的内部区域IB中。换句话说，这些微型针与外部区域AB被第一微型针200’ ’ ’ a屏蔽，这样，就可减少或者避免由于倾斜而使由硅制成的多孔的微型针破碎的风险。图4a、b示出用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第四实施形式的简图，确切地说，图如为蚀刻栅格的顶视图，图4b为蚀刻栅格和由此所产生的微型针装置沿
线的横截面图。在第四实施形式中，这个蚀刻掩模11’ ’ ’也具有水平的栅格接片100’，，和垂直的栅格接片110’’’。这些栅格接片设置在已说明的正交的栅格形式中。在这个蚀刻掩模11’ ’ ’中，在栅格交叉区域10’ ’ ’a中设置具有较大面积的第一加强区域115’ ’ ’ a，具有较小面积的第二加强区域115’ ’ ’ b和在一定的栅格交叉区域10’ ’ ’ a 中根本就不设置加强区域。后者的栅格交叉区域位于蚀刻掩模11’’’，或者具有栅格开口 10’’’ b的所形成的微型针装置21’’’的外部区域AB’中。如图4b所示，借助这种蚀刻掩模11’ ’ ’在上面已说明的蚀刻工序中可在微型针装置21，，，中制造三种不同类型的微型针200，，，a、200，，，b、200，，，C。第一微型针200，，，a为较粗的针，具有较大的高度hl，典型地为180 μ m。第二微型针200’ ’ ’ b为较细低矮的微型针，其高度h2典型地为120 μ m。第三微型针200’ ’ ’c为很细很低矮的微型针，其高度h3 典型地为90 μ m。如图4a、b中示出的，微型针200，，，a、200，” b、200，，，c的高度从外部区域AB， 向内部区域IB’分级地增加。图5a、b示出说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第五实施形式的简图， 确切地说，图如为蚀刻栅格的顶视图，图恥为蚀刻栅格和由此产生的微型针装置沿图fe 的A-A’线的横截面图。在第五实施形式中，这个蚀刻掩模12’ ’，也具有水平的栅格接片100’，，和垂直的栅格接片110’’’，这些栅格接片设置在已说明的正交的栅格形式中。在这个蚀刻掩模12’，’中，在栅格正交区域10’ ’ ’a中设置具有较大面积的第一加强区域115’ ’’a，具有较小面积的第二加强区域115’，’b，和在一定的栅格交叉区域10’ ’ ’a 中根本没有设置加强区域。后者的栅格交叉区域位于蚀刻掩模12’’’或者所产生的具有栅格开口 10’’’ b的微型针装置22’’，的内部区域IB’’中。如图恥所示，借助这种蚀刻掩模12’ ’’在上面已说明的蚀刻工序中可在微型针装置20，，，中制造三种不同类型的微型针200，，，a、200，，，b、200，，，C。第一微型针200，，，a 为较粗的针，具有较大的高度hl，典型地为180 μ m。第二微型针200’ ’ ’ b为较细低矮的微型针，其高度h2典型地为120 μ m。第三微型针200’ ’ ’c为很细很低矮的微型针，其高度h3 典型地为90 μ m。如图5a、b所示，微型针200，，，￡1、200，，，13、200，，，(3的高度从外部区域48，，向内部区域IB’’分级地减小。图6示出用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第六个实施形式的蚀刻栅格的简图。在这个第六实施形式中蚀刻掩模13’ ’ ’也具有水平的栅格接片100’ ’ ’和垂直的栅格接片110’’’。这些栅格接片以已说明的正交的栅格形式设置。在蚀刻掩模13’ ’，中在栅格交叉区域10’ ’ ’ a中设置第一加强区域115’ ’ ’ a，在一定的栅格交叉区域10’ ’ ’ a中根本没有设置加强区域。第一加强区域115’ ’ ’ a是如此设置的，即蚀刻掩模成“X”图案。在蚀刻时可将这种“X”图案应用到相应的微型针装置中，然后这种微型针装置例如可和纹身液相结合用于人体或者动物体的纹身。图7为用于说明根据本发明的微型针装置的制造方法的第七实施形式的蚀刻栅格的顶视图。在这个第七实施形式中蚀刻掩模14’，，也具有水平的栅格接片100’ ’ ’和垂直的栅格接片110’’’，这些栅格执着片以已说明的正交的栅格形式设置。在这个蚀刻掩模13’，’中，在栅格交叉区域10’ ’’a中设置第一加强区域115’ ’’a， 在一定的栅格交叉区域10’ ’ ’ a中根本没有设置加强区域。第一加强区域115’ ’ ’ a是如此设置的，即这个蚀刻掩模为“ ，，图案。这种“ ”图案在蚀刻时传递到一种相应的微型针装置中，这种微型针装置例如也可用于纹身。虽然在前面借助一些优选的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于此，而是可以各种各样的方式改进改型。虽然在上述实施形式中对一定的材料进行了说明，例如可将硅作为基质，将氧化物用于蚀刻掩模，但是本发明并不局限于此，而是可能使用具有相应的蚀刻特性或者相应的蚀刻选择性的任意材料。蚀刻掩模的栅格形式也并不局限于所示出的正交方形的形式，而是原则上讲可以采用任意的栅格形式。栅格交叉区域上的加强区域不一定非得是方形的，而是可以有任意的几何形状，例如也可以是圆形的几何形状，或者是菱形的几何形状等。此外，本发明也并不局限于由硅构成的多孔的微型针，而是原则上讲也可以使用在使用蚀刻掩模的情况下在蚀刻工序中可制造的任意的微型针。
权利要求
1.制造微型针装置(20’；20’，；20’’’ ；21’’’ ； 22’’’)的方法，具有下述步骤-在基质(1)上形成具有栅格接片(100，、110，；100，，、110，，；100，，，、100，，，)，具有相应的栅格交叉区域(10’ a ;10’，a ;10’’’ a)和位于其中间的栅格开口(10’ b ;10’，b ； 10’’，b)的栅格形的蚀刻掩模(10’ ；10’，；10’’’)；-在使用蚀刻掩模(10’ ；10’，；10’’’ ；11’’’ ；12’’’ ；13’’’ ； 14’ ’ ’)的情况下在基质 (1)上实施用于形成微型针装置(20’ ；20” ；20，，，；21，，，；22’’’)的蚀刻工序;-取下蚀刻掩模(10，；10，，；10，，，；11，，，；12，，，；13，，，；14，，，)；其特征在于，栅格形的蚀刻掩模(10’ ；10’，；10’’)在栅格交叉区域(10’ a;10’’ a;10’’’ a)的至少一部分上具有平面的加强区域(115，；115，，a;115，，b)，其超出栅格接片(100，、110，； 100，M10" ； 100，，，、110，，，)地延伸。
2.按照权利要求1所述的制造方法，其中，栅格形的蚀刻掩模(10’；10’’ ；10’’’)具有有不同面积延伸的至少第一和第二平面的加强区域(115’’ a ;115’’ b)，并且其中，蚀刻工序是如此进行的，即微型针装置(20’ ；20’，；20’’’ ；21’’’ ；22’’’)具有有不同的第一和第二高度(hl，h2)的相应的第一和第二微型针(200’’ a，200’’ b)。
3.按照前述权利要求中的任一项所述的制造方法，其中，基质(1)是硅基质，栅格形的蚀刻掩模(10’ ；10’’ ；10’’)形成为氧化物掩模。
4.按照前述权利要求中的任一项所述的制造方法，其中，栅格交叉区域(10’a ； 10’ ’ a ； 10”，a)的一部分没有平面的加强区域(115，；115” a ；115” b)。
5.按照权利要求4所述的制造方法，其中，栅格交叉区域(10’a ； 10’ ’ a ； 10’ ’ ’ a)的没有平面的加强区域(115’ ；115’’ a ;115’’b)的那部分位于栅格形的蚀刻掩模(10’ ；10’’ ； 10’’’)的内部区域中。
6.微型针装置(20，；20”；20，，，；21，，，；22，，，)，具有多个在基质(1)上形成的微型针(200’’ a、200’’ b ；200’’ a，200’’’ b、200’’ c)，这些微型针具有不同的高度(hl、h2 ；hi、 h2、h3)。
7.按照权利要求6所述的微型针装置(20’；20’ ’；21’ ’ ’ ；22’ ’ ’)，这些微型针装置具有有不同的第一和第二高度(hi、h2)的至少第一和第二微型针(200’’ a、200’’ b)。
8.按照权利要求7所述的微型针装置(20’；20’，；20’’’ ；21’’’ ；22’ ’ ’)，其中，第一和第二高度(hi、h2)的高度差在20%至50%的范围中。
9.按照权利要求6所述的微型针装置(20’；20’，；20’ ’ ’ ；21’ ’ ’ ；22’ ’ ’)，所述微型针装置具有有不同的第一、第二和第三高度(hi、h2、h3)的第一、第二和第三微型针(200，，，a、 200，，， b、200，，， c)。
10.按照权利要求9所述的微型针装置(20，；20，，；20”，；21”，；22”，)，其中，第三微型针(200’’’ c)具有为最小高度的第三高度(h3)，并且其中，只在微型针装置(20’ ；20’’ ； 20，，，；21，，，；22，，，)的内部区域中设置第三微型针(200，，，C)。
11.按照权利要求6所述的微型针装置(20’；20’，；20’’’ ；21’’’ ；22’ ’ ’)，将其设计用于对人体或者动物体进行纹身。
12.将具有多个在基质(1)上形成的，且具有不同高度(hi、h2；hi、h2、h3)的微型针 (200” a、200，，b ；200” a、200，，，b、200，，，c)的微型针装置(20，；20” ；20，，，；21，，，；22'")用于对人体或者动物体进行纹身。
全文摘要
本发明提供一种微型针装置的制造方法和一种相应的微型针装置，及其应用。本方法具有下述步骤在基质(1)上形成具有栅格支架(100′、110′；100″、110″；100″′、110″′)，具有相应的栅格交叉区域(10′a；10″a；10″′a)和位于中间的栅格开口(10′b；10″b；10″′b)的栅格形的蚀刻掩模(10′；10″；10″′)；在使用蚀刻掩模(10′；10″；10″′；11″′；12″′；13″′；14″′)的情况下在基质(1)上实施形成微型针装置(20′；20″；20″′；21″′；22″′)的蚀刻工序；取下蚀刻掩模(10′；10″；10″′；11″′；12″′；13″′；14″′)。栅格形的蚀刻掩模(10′；10″；10″′)在栅格交叉区域(10’a；10″a；10″′a)的至少一部分上具有平面的加强区域(115′；115″a；115″b)，所述栅格交叉区域超出栅格接片(100′、110′；100″、110″；100″′、110″′)地延伸。
文档编号B81B7/04GK102311091SQ20111018326
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月2日
发明者沙茨 F., 施通贝尔 M. 申请人:罗伯特·博世有限公司