一种空心微针阵列装置及其制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种空心微针阵列装置，可以是中心对称或非对称(侧开式)的中空微针阵列，具有高通量的头部逐渐尖锐圆滑的凸起结构，支撑结构位于背面，而流体可以从通孔中流入或流出。同时，本发明专利技术提供了一种制造微针阵列的方法，首先定义微针阵列的光刻图案，通过多次交替的各向同性刻蚀和各向异性刻蚀，形成顶端凸起的梯次状结构，然后再次进行各向异性刻蚀，形成高深宽比微针阵列侧壁结构；定义微针阵列中孔加工图案，形成内部通孔；最后在所述衬底背面构建支撑结构，由此形成上下互相连通的中孔微针阵列结构。仅利用简单的光刻以及刻蚀相结合的方法即可实现空心微针阵列的制备，制造成本低且工艺简单，适合规模量产。

A hollow micropipette array device and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种空心微针阵列装置及其制作方法
本专利技术涉及生物医疗
，更具体地，涉及一种空心微针阵列装置及其制作方法。
技术介绍
透皮药物递送代表了几乎没有损坏或疼痛的新型药物递送途径。这种药物输送方法克服了口服途径中药物可能在胃肠道中降解或通过肝脏清除的缺点。因此，它现已被广泛认为是具有众多商业应用的最有前途的技术之一。皮肤的外层(角质层)是防止药物进入体内的最重要的屏障。如何无痛有效地突破角质层是透皮给药的关键技术。在透皮给药技术中，中空微针阵列现已被广泛认为是最有前途的技术之一，应用于生物医学和其他相关领域中。当前的微针阵列可以由硅、金属或聚合物制成。硅衬底微针阵列的制造方法可以进一步分类为一般依靠改良的LIGA工艺的微制造技术、深反应离子刻蚀(RIE)、飞秒激光两次光子聚合、深X射线光刻(DXRL)工艺、光刻和电感耦合等离子体(ICP)刻蚀、聚焦离子束(FIB)辅助技术等，以形成中心对称的空心微针或非对称的侧开式平面外微针以便用于微流体透皮液体的转移，金属微针阵列的制造过程可以进一步归类为使用电镀或沉积，聚合物微针阵列的制造过程可以进一步分类为使用制模法或光刻。当前，已经提出了许多制造微针阵列的方法，这些制造过程不仅繁琐而且困难，并且可能导致中空微针的内径和外径的壁斜率不一致，制造比较粗糙，因此成品率低。此外，昂贵的设备和制造成本也不适合大量生产。在这些情况下，空心微针阵列的商业批量生产主要受到固有的高成本和低通量的极大阻碍。因此，需要使用简单的工艺步骤加快制造过程，在生物相容的衬底材料上直接生产中空微针，以将药物或基因穿过皮肤或其他组织屏障层中，具有最小的伤害和无疼痛感，并提供可重复的结果。本专利技术提供了一种简单、有效且具有成本效益的制造方法来批量生产中空微针阵列，无需复杂且昂贵的设备和技术，所得针头的质量较高，在制造设备和材料上的投资都较低，这使得该方法在当前的中空微针制造方法中占据优势。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种空心微针阵列装置及其制作方法，能够批量生产中空微针阵列，无需复杂且昂贵的设备和技术，所得针头的质量较高。本专利技术一方面提供了一种空心微针阵列装置，包括一支撑结构，支撑结构一面具有凹槽，支撑结构背面具有由多个中空微针形成的中孔微针阵列，上述中空微针具有一高深宽比的针筒结构以及位于微针头部的逐渐尖锐圆滑的梯次状凸起结构，可以是中心对称或非对称(侧开式)的中空微针阵列，上述中空微针具有内部通孔，上述内部通孔与支撑结构另一面的凹槽连通，使得流体可以从凹槽经过内部通孔流入或流出。优选地，上述梯次状凸起结构的顶部横向尺寸在50-300微米，深度为50-300微米，上述空心微针上侧的梯次状沟槽以及长度大于100微米，其中具有贯穿至支撑结构的中心孔，大小在50-300微米，高深宽比的针筒结构长度至少为100微米。本专利技术另一方面提供了一种空心微针阵列装置的制作方法，具体包括以下步骤：S1：提供一衬底，在上述衬底上定义微针阵列的光刻图案；S2：根据上述光刻图案对上述衬底进行多次交替的各向同性刻蚀和各向异性刻蚀，形成微针阵列的梯次状凸起结构；S3：对上述衬底再次进行各向异性刻蚀，形成微针阵列的高深宽比侧壁结构；S4：在上述微针阵列中定义中孔加工图案，然后在上述微针顶端凸起中形成通孔；S5：在上述衬底背面构建支撑结构，形成上述空心微针阵列结构。优选地，上述光刻图案为线条形、圆形、椭圆形或不规则图形。优选地，上述衬底可以选自Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、SOI或III/V化合物等半导体材料，也可以选择非半导体材料如聚合物、绝缘层材料等。优选地，通过在上述半导体衬底上形成硬掩膜层和光刻胶层形成上述微针阵列的光刻图案，其中上述硬掩膜层选自氧化硅、氮化硅、旋涂或CVD旋涂的非晶碳、硅基抗反射材料中的一种或多种，优选为氧化硅/氮化硅、硅基抗反射材料/SOC/氧化硅或SiARC/SOC/氮化硅复合结构优选地，步骤S2进一步包括：S2-1：通入第一刻蚀气体对上述衬底进行刻蚀，以形成第一梯次沟槽；S2-2通入第一钝化气体，沉积在上述第一梯次沟槽的底部和侧壁上；S2-3通入第二刻蚀气体以去除上述第一梯次沟槽底部的钝化保护层，继续刻蚀上述第一梯次沟槽底部以形成第二梯次沟槽；将步骤S2-1至S2-3交替执行若干次，优选地为8次，形成上述梯次状沟槽侧壁结构。优选地，上述各向同性刻蚀与各向异性刻蚀的速率可以相同也可以不同，通过控制每一循环的速率来形成不同形状的结构，优选地为头部逐渐尖锐圆滑的凸起状微针阵列结构。。优选地，上述步骤S4进一步包括：对上述顶端凸起的微针阵列定义中孔结构图案；根据上述中孔结构图案对上述微针阵列进行各向异性刻蚀，形成内部空心的微针阵列。优选地，上述对上述衬底远离上述微针阵列的一面构建支撑结构还包括：对上述衬底远离上述微针阵列的一面定义支撑结构的图案；对上述支撑街头的图案进行刻蚀，直至露出上述微针阵列的内部通孔。本专利技术实施例的空心微针阵列制作方法，仅利用图案化以及刻蚀相结合的方法即可实现空心微针阵列的制备，制造成本低且工艺简单，适合量产。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1示出了形成图案化硬掩模层的衬底；图2示出了第1次各向同性刻蚀形貌；图3示出了第1次各向异性刻蚀；图4示出了第2次各向同性刻蚀形貌；图5示出了第2次各向异性刻蚀形貌；图6示出了继续进行各向异性刻蚀的形貌；图7示出了高温原位处理；图8示出了形成通孔图案；图9示出了刻蚀硬掩膜层；图10示出了深硅刻蚀内部通孔；图11示出了形成背面空心图案；图12示出了形成大尺寸通孔；图13示出了最终的空心微针阵列结构；图14示出了非对称空心微针阵列结构；具体实施方式以下定义和缩写用于权利要求和说明书的解释。如本文所使用的，术语“包括”，“包含”，“包括”，“包含”，“具有”，“具有”，“包含”或其任何其他变型旨在覆盖非独家包容。例如，包括一系列元素的组合物，混合物，过程，方法，制品或设备不必仅限于那些元素，而是可以包括未明确列出或此类的组合物，混合物，过程，方法所固有的其他元素、物品或设备。如本文中所使用的，在元件或组件之前的冠词“一”和“一个”旨在关于元件或组件的实例(即出现)的数量是非限制性的。因此，“一”或“一个”应被理解为包括一个或至少一个，并且元素或组件的单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心微针阵列装置，包括一支撑结构，所述支撑结构一面具有凹槽，所述支撑结构背面具有由多个中空微针形成的中孔微针阵列，其特征在于：/n所述中空微针具有一高深宽比的针筒结构以及位于微针头部的逐渐尖锐圆滑的梯次状凸起结构，可以是中心对称或非对称的中空微针阵列，所述中空微针具有内部通孔，所述内部通孔与支撑结构另一面的凹槽连通，使得流体可以从凹槽经过内部通孔流入或流出。/n

【技术特征摘要】
1.一种空心微针阵列装置，包括一支撑结构，所述支撑结构一面具有凹槽，所述支撑结构背面具有由多个中空微针形成的中孔微针阵列，其特征在于：
所述中空微针具有一高深宽比的针筒结构以及位于微针头部的逐渐尖锐圆滑的梯次状凸起结构，可以是中心对称或非对称的中空微针阵列，所述中空微针具有内部通孔，所述内部通孔与支撑结构另一面的凹槽连通，使得流体可以从凹槽经过内部通孔流入或流出。


2.如权利要求1所述的空心微针阵列装置，其特征在于，所述梯次状凸起结构的顶部横向尺寸在50-300微米，深度为50-300微米，所述空心微针上侧的梯次状沟槽以及长度大于100微米，其中具有贯穿至支撑结构的中心孔，大小在50-300微米，高深宽比的针筒结构长度至少为100微米。


3.一种如权利要求1所述空心微针阵列装置的制作方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：提供一衬底，在所述衬底上定义微针阵列的光刻图案；
S2：根据所述光刻图案对所述衬底进行多次交替的各向同性刻蚀和各向异性刻蚀，形成微针阵列的梯次状凸起结构；
S3：对所述衬底再次进行各向异性刻蚀，形成微针阵列的高深宽比侧壁结构；
S4：在所述微针阵列中定义中孔加工图案，然后在所述微针顶端凸起中形成通孔；
S5：在所述衬底背面构建支撑结构，形成所述空心微针阵列结构。


4.如权利要求3所述的空心微针阵列装置的制作方法，其特征在于，所述光刻图案为线条形、圆形、椭圆形或不规则图形。


5.如权利要求3所述的空心微针阵列装置的制作方法，其特征在于，所述衬底可以选自Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、SOI或III/V化合物等半导体材料，也可以选择非半导体材料如聚合物、绝缘层材料等...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟令款，李可为，
申请(专利权)人：成都工业学院，
类型：发明
国别省市：四川;51