微针头阵列制造方法技术

本发明专利技术涉及一种微针头阵列制造方法，以较低材料成本及简易制作流程制造出具有斜面端头的中空微针头阵列，此种微针头由于末端尖锐而易于刺入生物组织，有利于药物注射与微量采样的应用；其制造程序主要是先在硅晶圆上进行湿蚀刻，形成具有斜面几何的凹陷区，然后利用此凹陷区，接着进行金属电镀、曝光显影或微加工等方式，来制造微针头阵列。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种微针头(microneedle)的制造方法，特别是指一种端头呈斜面状的中空微针头阵列(hollow microneedle array)的制造方法。
技术介绍
中空微针头阵列(hollow microneedle array)广泛运用于采血系统、微量采样与药物注射等生物医学领域，其类型依材料可区分为半导体材料、高分子材料及金属。目前以半导体材料制造中空微针头阵列，多半以硅晶圆为主，在相关的专利前案包括WO0215960、WO0217985、WO0166065等案件中所揭露的制作流程由于需要经过多道干、湿蚀刻于薄膜沉积步骤，因此制造程序上较为繁杂且需时漫长，以致产能不易提高、成本亦无法降低，批量生产的路困难重重。另外，部分制作流程制造出的是锥形针头，相关前案如US6334856，其通道宽度是由微针头根部向末端渐次缩小的，在兼顾内径和结构强度的考虑下，此类微针头往往无法提高阵列的密度，造成采样不足的问题，或是在药物注射的应用上，由于管径逐渐缩小使流体阻力增大，因此根部端必须提高驱动功率，相对而言拉高了设备成本。至于较常见的平头型微针头，则因为尖锐度不足，不易入侵挠性的生物组织，相对来说必须具备更高的结构强度，否则在勉强使用的情形下会有断针之虞。
技术实现思路
本专利技术欲解决的技术问题，在于通常的微针头阵列制作流程的外形、结构强度受限于制作流程技术而未臻理想，现有的制作流程步骤亦过于繁杂，无法达到批量生产的合理标准。鉴于以上现有公知技术的问题，本专利技术所提供的主要是先在硅晶圆上形成斜面状的凹陷区，然后利用此一斜面状的凹陷区，接着进行金属电镀、曝光显影或微加工等方式，来制造微针头阵列。本专利技术所达成的功效，在于能以简易制作流程制造出微针头阵列，此微针头不仅末端呈斜面状、具有锐角而易于刺入生物组织，亦可作为翻模复制其它材质的微针头阵列。附图说明图1A至图1H为本专利技术第一最佳实施例的制造流程图；图2A至图2F为本专利技术第二最佳实施例的制造流程图；图3A至图3C为本专利技术第三最佳实施例的制造流程图；图4A至图4H为本专利技术第四最佳实施例的制造流程图；图5A至图5H为本专利技术第五最佳实施例的制造流程图；图6、图7为本专利技术的斜面状凹陷区形状与可获得各种微针头形状对照图；及图8A至图8G为本专利技术第六最佳实施例的制造流程图。图中100硅晶圆 101凹陷区102穿孔 110保护层111待湿蚀刻区 112待干蚀刻区120起始金属层 130感光材料131镀着区 140金属微针头210蚀刻区 220蚀刻区230蚀刻区 300硅晶圆310金属微针头 320脱模层330热塑性薄膜 340微针头401硅晶圆 402保护层403待湿蚀刻区 404凹陷区405非反射层 406牺牲层407感光材料 408第一曝光区409第二曝光区 410底材 420微针头阵列 501硅晶圆502保护层 504凹陷区505非反射层 506牺牲层507感光材料 508第一曝光区509非反射层 510感光材料511非反射层 512感光材料520底材 530微针头阵列5a、5b、5c通道601硅晶圆602保护层 603待湿蚀刻区604凹陷区 605牺牲层606塑性材料 607底材610微针头阵列 6a、6b通道具体实施方式一、金属电镀制造微针头阵列请参阅图1A至图1H，本专利技术第一最佳实施例所提供的微针头阵列的制造方法，是通过下列步骤来完成首先在一块硅晶圆100的上下表面铺设保护层110(如氮化(Si3N4))，如图1A，图1B铺设光阻曝光显影定义欲蚀刻区域，并蚀刻保护层110后得到待湿蚀刻区111，并进而对待湿蚀刻区111中露出的局部硅晶圆110施予湿蚀刻，由于硅晶圆100在湿蚀刻时所展现非等向性蚀刻的特性，而可形成具有斜面几何的凹陷区101，如图1C，然后在底侧的保护层110同样以平版印刷方式，定义出待干蚀刻区112；而后，如图1D在硅晶圆100顶面铺设起始金属层120(如铬、镍、铜等)，继而再次利用平版印刷技术，如图1E在起始金属层120上铺设感光材料130，并形成数个镀着区131露出局部的起始金属层120，此镀着区131实质上为管状的中空区域；随后，于镀着区131中露出局部的起始金属层120上镀着(plating)金属如铜、镍等，而形成金属微针头140，由于镀着时金属原子的排列特性会对应到呈斜面状的起始金属层120，因此金属微针头140的末端也是呈斜面状的，如图1F；再者，如图1G所示进行脱模程序，移除感光材料130露出中空的金属微针头140；最后，对硅晶圆100进行干蚀刻，形成贯通金属微针头140的穿孔102。在上述的制作流程中，待干蚀刻区112的定义并不限定在进行湿蚀刻之前，基本上只要在进行干蚀刻之前进行即可；而且，金属电镀的技术可以选择性地以电镀、无电镀(electroless plating)、蒸镀(deposition)或溅镀(sputtering)等方式达成，所以起始金属层120并非绝对必要，同时金属材料也可选自镍、铁、金、铂、钯、各式合金或不锈钢。另外，以硅晶圆100上为底材形成斜面状凹陷区并不予以特定，亦可采用干蚀刻方式，或是采用其它底材如聚甲基丙烯甲酯材料(PMMA)、光阻等聚合物材料等，利用如激光加工、曝光显影(光阻倾斜曝光显影后获得斜面)或压模方式等制作出具斜面状凹陷区的底材亦可，而且不限于上述的半导体制作流程步骤排序。至于形成微针头阵列的密度控制方式，则在定义待湿蚀刻区时，通过控制待湿蚀刻区本身的横宽，以及待湿蚀刻区彼此间的距离来达成。如图2A至图2F所示本专利技术的第二最佳实施例，依图2B定义出待湿蚀刻区210、220本身不同的内径长度A1、A2，或控制待湿蚀刻区210、220、230彼此间不同的距离B1、B2，最后即能获致不同密度的阵列，如图2F所示。上述披露的制作流程除了可制造出金属微针头之外，亦可将制造出的金属微针头当作母模，进行其它材质微针头的制造。请参阅图3A至图3C，本专利技术第三最佳实施例是先在具有金属微针头310的硅晶圆300表面沉积脱模层320(如聚四氟乙烯)，然后加热金属微针头310及硅晶圆300，将高分子材料例如热塑性薄膜330以均匀气压向金属微针头310压制，待热塑性薄膜330沿金属微针头310形状贴附，冷却后脱模即形成微针头340。因此，金属微针头可经微射出成形、微热压成形，或是翻模批量生产制造其它材料的微针头阵列；再者，依照材料的不同，脱模方式可以利用加热、冷却、界面涂层、溶剂与直接脱模等方式。二、曝光显影制造微针头阵列除了上述以镀层技术制造金属微针头、高分子微针头之外，同样利用具有斜面状凹陷区的硅晶圆，亦可通过曝光掩模的方式制作微针头本体。请参阅图4A至图4H，本专利技术第四最佳实施例的施行步骤为4A.在硅晶圆401表面沉积蚀刻保护层402；4B.铺设光阻曝光显影定义欲蚀刻区域，并蚀刻保护层402后得到待湿蚀刻区403；4C.非等向蚀刻(湿蚀刻)硅晶圆401得到具有斜面几何的凹陷区404；4D.铺设非反射层(如黑色光阻)405后，铺设牺牲层如金(或脱膜层如聚四氟乙烯)406；4E.再铺设感光材料407，进行第一次曝光得到第一曝光区40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微针头阵列制造方法，包含以下步骤：在一硅晶圆表面沉积一保护层；定义出复数待湿蚀刻区；蚀刻该硅晶圆得到具有斜面几何的复数凹陷区；及利用该凹陷区进行一后续加工以得到一微针头阵列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭仕奇，陈相甫，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究所，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]