DE3689701T2

DE3689701T2 - Herstellung von Mikrosieben sowie nach diesem Verfahren hergestellte Mikrosiebe.

Info

Publication number: DE3689701T2
Application number: DE3689701T
Authority: DE
Inventors: Mordechai Deutsch; Richard E Gordon; Tamar Landau
Original assignee: Bar Ilan University
Current assignee: Bar Ilan University
Priority date: 1985-08-30
Filing date: 1986-08-22
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2006-08-23
Also published as: DE3689701D1; DK412586D0; EP0213902A2; IL79807A0; DK412586A; ATE102664T1; CN1004124B; JPS62117610A; EP0213902B1; IL79807A; CN86105330A; EP0213902A3; CA1309689C; US4772540A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf verbesserte Verfahren zur Herstellung extrem dünner, sehr empfindlicher metallischer Strukturen, die gitterähnliche Muster von sehr kleinen, eng beieinanderliegenden, präzise dimensionierten Öffnungen aufweisen. Solche mit Öffnungen versehene Metallstrukturen, die im weiteren "Mikrosiebe" genannt werden, sind besonders zum Sortieren und zum Sieben von Objekten geeignet, die lediglich eine Größe von wenigen Mikrometern haben. Ein solches Mikrosieb, das als "Zellträger" benannt wurde, ist im spanischen Patent 522 207 beschrieben worden, das am 1.06.1984 erteilt wurde und in der allgemein übertragenen, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 550 233, die am 08.11.1983 angemeldet wurde, wobei diese Offenbarung hier als Referenz eingearbeitet ist, zur Größenklassifizierung biologischer Zellen. Der Zellträger wird bereitet, indem eine veränderte Fotofabrikations-Technik der Art verwendet wird, die für die Herstellung von Gittern für die Transmissions-Elektronen-Mikroskope Anwendung findet. Der Zellträger hat eine Größenordnung von lediglich einigen Mikrometern in der Dicke und besitzt ein zahlenmäßig dichtes Muster von sehr kleinen Öffnungen. Selbst bei größter Sorgfalt kann aufgrund der sehr empfindlichen Beschaffenheit des Zellträgers dieser nur schwer gehandhabt werden, wie z. B. ihn in einen Halter der Art einzusetzen, wie er in der bereits erwähnten US-Patentanmeldung 550 233 gezeigt wird, ohne ihn beträchtlich zu beschädigen, wobei dies häufig in Form einer strukturellen Abweichung oder Deformation der Fall ist, so daß er für die beabsichtigte Verwendung unbrauchbar wird.
Um besser die Verbesserungen und die Vorteile zu verstehen und schätzen zu lernen, die durch die vorliegende Erfindung ermöglicht werden, wird der vorhergehende, bereits bekannte Typ eines Mikrosiebes oder Zellträgers, wie er benannt wird, und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben in Verbindung mit den beiliegenden Figuren der Zeichnung, wobei davon sämtliche stark vergrößert wurden und manche Merkmale zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt sind, wobei Fig. 1(a) einen Grundriß eines Zellträgers darstellt, Fig. 1(b) und 1(c) perspektivische und Seitenansichten eines typischen Bereiches eines Zellträgers sind und Fig. 2(a) bis 2(e) Seitenansichten aufeinanderfolgender Schritte bei der Herstellung eines Bereiches des Zellträgers darstellen.
Der Zellträger 10, der in Fig. 1(a) gezeigt wird, ist eine sehr dünne metallische Scheibe von beispielsweise ca. 8 bis 10 Mikrometern Dicke, mit einem rechtwinkligen gitterartigen Muster von Öffnungen 11 mit ca. 15 Mikrometer entfernten Mittelpunkten, das innerhalb ihres geometrischen Mittelpunktes definiert ist. Der Zellträger kann aus einer Vielzahl von Metallen hergestellt sein einschließlich Kupfer, Nickel, Silber, Gold etc. oder einer Metallegierung. Die Öffnungen zählen tatsächlich 100 auf einer Seite, um eine Gesamtheit von 10.000 Öffnungen zu ergeben und sind so dazu befähigt, bis zu 10.000 Zellen der gewünschten Größe aufzunehmen und zu bewahren, wobei jede Zelle eine einzelne Öffnung belegt. Keilnut 12 ist dazu vorgesehen, in etwa den Zellträger innerhalb seines Halters auszurichten.
Wie in Fig. 1(b) und 1(c) dargestellt wird, besitzt ein repräsentativer Bereich des Gitters 11 des Zellträgers 10 viele Öffnungen oder Löcher 20, die in einem matrixartigen Muster von Reihen und Spalten entlang von Achsen X und Y jeweils angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht es, jede einzelne Öffnung in bezug auf ihre Position entlang von Coordinaten X und Y zu etikettieren und zu lokalisieren. Die Form der Öffnungen 20 ermöglicht es, biologische Zellen 21 vorgewählter Größenordnung wirksam an dem Träger aufgrund angewandter Mittel zu halten, wie z. B. einem Druckunterschied zwischen der oberen und der unteren Seite des Trägers oder elektromagnetischer Kräfte. Um zuerst eine bestimmte Zellgruppe von Zellen anderer Gruppen zu separieren, wird der Träger 10 so gewählt, daß er Öffnungen von derartigen Größen aufweist, so daß, wenn die Materie wie z. B. Blut, unterschiedliche Zellgruppen beinhaltet, auf dem Träger 10 plaziert wird, die meisten oder auch sämtliche Öffnungen durch Zellen der interessierenden Gruppe belegt werden, wobei jede Öffnung eine derartige Zelle enthält. Daher können die Öffnungen eine derartige Größe haben, daß sie beispielsweise Lymphozyten aufnehmen, von denen es zwei Hauptgrößen gibt, nämlich solche mit 7 Mikrometern und solche mit 10 bis 15 Mikrometern, wobei die vorher erwähnten die interessantesten Zellen sind und die späteren diejenigen sind, die von der oberen Oberfläche 10t des Gitters in einem kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom weggewaschen werden.
Um die Lymphozyten der geringeren Größe zu fangen und zu bewahren, werden die Öffnungen 20 einen oberen Durchmesser von ungefähr 6 Mikrometern und einen unteren Durchmesser von ungefähr 2 Mikrometern od. dgl. haben. Daher kann eine Lymphozyte der gewünschten Zellenart in einfacher Weise in eine Öffnung eindringen, aber wenn sie erst einmal die Öffnung besetzt hat, kann sie nicht durch die Bodenseite 10b des Trägers durchwandern. Die herausgeschnittenen Bereiche 30(d) am Boden jeder Öffnung haben keine funktionale Signifikanz und Ergebnis auf die Verfahren, wobei der Zellträger hergestellt worden ist, wie unten in Verbindung mit den Fig. 2(a) bis 2(e) behandelt wird.
In den anfänglichen Verfahrensschritten des bekannten Verfahrens zur Herstellung eines Zellträgers 10, die in den Fig. 2(a) bis 2(e) dargestellt sind, wird eine Schicht eines Fotoresist 30, z. B. eine Fotoemulsion, die eine Dicke, oder eine Höhe aufweist, die im allgemeinen in der Größenordnung von ungefähr 1 Mikrometer od. dgl. liegt, aufgetragen auf eine metallische Basisplatte oder Dorn 31, z. B. aus Kupfer, auf der der Träger ausgebildet werden soll
In Fig. 2(b) wurde die Fotoemulsionsschicht 30 selektiv einer aktinischen Strahlenquelle ausgesetzt, wobei ein konventionelles Maskenverfahren angewandt wurde, um eine gemusterte Oberfläche von diskreten Flächen nicht belichteter Fotoemulsion 30(a) zu schaffen, die durch eine durchgehende Fläche 30(b) von belichteter Fotoemulsion umgrenzt wird. Nach der konventionellen Behandlung der Fotoemulsionsschicht 30 mit Entwickler, Fixierer und schließlich mit einem Klärmittel, um die belichtete Fläche 30(b) wegzuwaschen, verbleiben diskrete Flächen fixierter Fotoemulsion 30(a), die vom Dorn 31 getragen werden, wie in Fig. 2(c) dargestellt ist.
Diese fixierten Flächen der Fotoemulsion entsprechen den Flächen, die später die Böden der Öffnungen 20 in dem fertiggestellten Träger 10 definieren und die sehr häufig einen runden Durchmesser haben. Wie in Fig. 2(d) gezeigt wird, wird eine durchgehende Schicht aus Metall (30(c) zum Beispiel aus Kupfer, Gold, Nickel, Silber etc., oder einer metallischen Verbindung, die den Körper des Zellträgers 10 schaffen soll, auf dem Dorn 31 galvanisch gefällt. Da die fixierten Bereiche 30(a) der Fotoemulsion 10 sehr dünn sind, um die Dicke des Trägers aufzubauen, oder der Öffnungshöhe, wird ein Teil des Metalls 30(c) unvermeidbar auf die peripheren Ränder der fixierten Flächen 30(a) überfließen, um eine Öffnung auszubilden, die eine konusförmige Bohrung aufweist. Es ist einsichtig, daß je stärker die Dicke des galvanisch gefällten Metalls ist, die Steigung der letztendlichen Öffnungsbohrung zunimmt. Um zu verhindern, daß die Öffnung durch das Überfließen des galvanisch gefällten Materials verstopft wird, ist es notwendig, daß die Flächen der fixierten Fotoemulsion weiter entfernt plaziert werden, je mehr die Dicke (z. B. die Höhe) der galvanisch gefällten Metallschicht 30(c) ansteigt. Dies hat die notwendige Konsequenz, daß die Anzahl der Öffnungen, die in der Metallstruktur ausgebildet werden können, reduziert wird, wenn dessen Dicke ansteigt. In den letzten Herstellungsverfahrensschritten, die in Fig. 2(3) dargestellt sind, wird der Dorn 31 entfernt und die fixierten Flächen 30(a) der Fotoemulsion werden aufgelöst, oder weggeätzt, um einen Träger 10 zu schaffen, der das gewünschte Muster oder Gitter von Öffnungen 20 aufweist. Ein weggeschnittener Umfangsbereich 30(d), der keinen Anteil hat an der Wirkungsweise des Zellträgers, wird im Boden einer jeden Öffnung definiert, sobald die fixierten Fotoemulsionsflächen 30(a) entfernt werden.
Die vorgehend beschriebene Methode für die Herstellung eines Mikrosiebes ist Teil einer Anzahl von Nachteilen, wobei besonders gravierend die praktische Schwierigkeit der Schaffung einer ausreichenden Dicke oder Öffnungshöhe ist, ohne gleichzeitig die numerische Dichte der Öffnungen zu reduzieren. Zusätzlich ist, da aufgrund der Dünnheit des Mikrosiebes (das im allgemeinen ca. 400 Mikrogramm od. dgl. wiegt), die durch dieses Herstellungsverfahren erreicht werden kann, die Struktur mechanisch sehr zerbrechlich und ein Resultat ist, daß die Handhabung schwierig ist, ohne ein Verziehen oder eine Beschädigung zu verursachen. Ein weiterer Nachteil liegt in der Tatsache, daß die Gefälleseiten der Öffnungen 20 es begünstigen, daß sie durch mehr als eine Zelle besetzt werden. Im Idealfall wird eine im wesentlichen vertikale Steigung angestrebt, um diese Möglichkeit zu verhindern bzw. diese zu minimieren; jedoch kann eine derartige Steigung mit dem oben beschriebenen Verfahren nicht erhalten werden.
Weiterer Stand der Technik, der sich auf ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Erfindung bezieht, kann in den US-Patenten 2 968 555; 3 139 392; 3 190 778; 3 329 541; 3 403 024; 4 058 432; 4 388 351; und 4 415 405 gefunden werden.
Um die oben benannten Nachteile und Mängel zu umgehen, die mit dem Verfahren zur Herstellung eines Mikrosiebes gemäß der früheren Art verbunden sind, und um die Einschränkungen zu umgehen, die einem derart hergestellten Mikrosieb anhängen, ist es ein wesentliches Ziel der Erfindung, ein Mikrosieb zu schaffen, das eine größere Härte aufweist als bisher praktizierbar oder erhältlich war und demgemäß einen viel größeren Widerstand gegen ein mechanisches Verziehen oder andere Beschädigung aufweist, wenn es gehandhabt wird, gemessen an der vorher beschriebenen, bekannten Art eines Mikrosiebes.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrosiebes geschaffen, das eine gitterartige Anordnung von Mikroöffnungen umfaßt, die in einem matrixartigen Muster von Reihen und Spalten entlang einer jeweiligen X- und Y-Achse angeordnet sind, das eine verbesserte Starrheit und Widerstand gegen ein mechanisches Verziehen aufweist, so daß die Lokalisierung der Mikroöffnungen entlang besagter X- und Y-Achsen im wesentlichen dauerhaft ist, wobei das Verfahren a das Aufbringen einer fotoresistenten Schicht auf ein elektrisch leitfähiges Substrat umfaßt, b das Fixieren vorgewählter Flächen des Fotoresist, um eine gemusterte Oberfläche in Form einer gitterartigen Anordnung von diskreten Flächen des fixierten Fotoresist zu schaffen c das Entfernen des verbleibenden Fotoresist, um einen durchgehenden Bereich des elektrisch leitfähigen Substrates zu exponieren, d Elektroplattieren des Substrates und e Entfernen des Substrates und des fixierten Fotoresists, um ein beendetes Mikrosieb zu erhalten; dadurch gekennzeichnet, daß jede Mikroöffnung einen zellgroßen Bereich einer kontrollierten, nicht konischen Konfiguration enthält, so daß besagter Bereich dazu angepaßt ist, lediglich eine Zelle zu halten, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der folgenden Bedingungen (A), (B) und (C) angewendet wird, nämlich: (A) die besagte Schicht aus Fotoresist beträgt mindestens ca. 6 Mikrometer in der Höhe; (B) das besagte elektrisch leitfähige Material ist integriert mit einem starren, elektrisch leitfähigen Rahmenteil; (C) in Verfahrensschritt (d) wird das Metall auf das exponierte Substrat auf im wesentlichen die gleiche Höhe oder Dicke der Bereiche des fixierten Fotoresist elektroplattiert, um eine gemusterte Oberfläche in Form einer gitterartigen Anordnung in sehr kleinen, nahe benachbarten, präzise dimensionierten Flächen aus fixiertem Fotoresist zu schaffen, die von einem durchgehenden Bereich von elektroplattiertem Metall umgeben wird und von Verfahrensschritt (e), daß eine weitere Schicht aus Fotoresist auf die gemusterte Oberfläche aufgetragen wird, und die Abfolge der bisher getätigten Verfahrensschritte wird wiederholt, ein oder mehrere Male, vorausgesetzt, daß mit jeder Wiederholung des Verfahrensschrittes (b) die Flächen des fixierten Fotoresist über die und in einer vorbestimmten Ausrichtung mit vorher erhaltenen Flächen des fixierten Fotoresist gelegt werden, und daß bei der letzten Wiederholung der besagten Abfolge von Verfahrensschritten Verfahrensschritt (d) ausgelassen wird.
In einer vorteilhaften Form schafft die Erfindung ein Mikrosieb, bei dem die verlangte Starrheit dadurch erlangt wird, daß es mit einem starren, selbsttragenden Rahmen integriert wird.
Das Mikrosieb kann die verlangte Starrheit aufgrund der Tatsache erlangen, daß es eine größere Dicke hat als es aus dem bisherigen Stand der Technik bekannt wurde oder aufgrund der Tatsache, daß es aus nacheinander laminierten Mikroschichten aufgebaut ist. Ein beträchtlicher Bereich der Wandungen der einzelnen Öffnungen kann im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Mikrosiebes sein.
Ein gewöhnliches, empfindliches Mikrosieb kann auf diese Weise mit einem höheren Widerstand gegenüber mechanischer Verzerrung ausgestattet werden, indem es integriert mit einem starren Rahmen ausgebildet wird oder daß seine Dicke heraufgesetzt wird bis zu einem Wert, so daß es signifikant mehr Biegewiderstand aufweist.
Da das Mikrosieb als ein integrierter Teil eines größeren Rahmenbauteiles ausgebildet sein kann, kann es in einfacher Weise gehandhabt werden, ohne daß ein signifikantes Risiko der Beschädigung auftritt. Die Bezeichnung "Mikrosieb", wie sie hier benutzt wird, ist derart zu verstehen, daß es nicht nur Zellträger und ähnliche Einrichtungen einbezieht, sondern daß auch andere Arten von Präzisionssieben, Scheiben, Gittern, Waagen, Platten u. dgl. umfaßt werden.
Die Erfindung wird anhand eines Beispieles in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, wobei
Fig. 1(a) bis 1(c) und 2(a) bis 2(e) Abbildungen des bekannten Typs des Mikrosiebes und dessen Verfahren zur Herstellung sind und insgesamt oben beschrieben worden sind.
Fig. 3 ist eine stark vergrößerte Seitenansicht eines Bereiches einer Ausführungsform des Mikrosiebes in Verbindung mit dieser Erfindung.
Fig. 4(a) bis 4(f) sind Seitenansichten der aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte der Herstellung eines rahmengestützten Mikrosiebes in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5, 6, 7(a) und 7(b) sind Seitenansichten, die weitere Ausführungsarten von Mikrosieben in Verbindung mit dieser Erfindung und der Verfahren, die zu deren Herstellung verwendet werden, darstellen.
Fig. 3 ist eine Ansicht eines vorteilhaften Mikrosiebes in Übereinstimmung mit dieser Erfindung, das im wesentlichen bei 10 gezeigt wird. Wie dargestellt ist, sind die Seiten der Öffnungen 20 im wesentlichen vertikal im Gegensatz zu den ansteigenden Seiten der Öffnungen in dem Mikrosieb der früheren Art gemäß Fig. 1(a)-(c). Diese Anordnung trägt dazu bei, die Möglichkeit zu verringern, daß mehr als eine Zelle mehr als eine Öffnung besetzt und minimiert auch die Verzerrung des Lichtpfades, die dazu führen kann, daß die Öffnungen mit vergleichsweise sanft ansteigenden Wandungen ausgestattet sind.
Mikrosieb. 10 in Fig. 3 ist hergestellt durch eine Modifikation des bekannten Verfahrens, das in den Fig. 2(a)-(e) dargestellt ist. Im einzelnen wurde die Dicke der Fotoresistschicht so ausgebildet, daß sie ca. 7 Mikrometer od. dgl. beträgt anstatt eine Dicke des Fotoresist 30 von nur ca. 1 Mikrometer aufzutragen, wie es in Fig. 2(a) dargestellt ist. Daher haben, wenn die fixierten Bereiche des Fotoresist gelegentlich entfernt werden, um das Sieb bereitzustellen, die unterschnittenen Bereiche 30(d) tatsächlich die gebohrte Konfiguration mit der geraden Bohrung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Während des Gebrauchs weisen die unterschnittenen Bereiche 30(d) des Mikrosiebes 10 nach oben, zum Beispiel in Richtung einer oberen Fläche 40. An der oberen Fläche 40 beträgt der Durchmesser der Öffnungen 20 in etwa 6 Mikrometer und in dem verengten Bereich 60 beträgt der Durchmesser ca. 2 Mikrometer; der Durchmesser der Öffnung an der unteren Oberfläche 50 des Mikrosiebes 10 hat keinerlei Bedeutung für die Funktionsweise der Vorrichtung.
Ein Mikrosieb 10 der Fig. 4(a)-(f) zeigt eine weitere Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 4(a) dargestellt wird, wird die Oberfläche 13a des starren Rahmenteiles 13, das aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, Nickel, Gold, Silber u. dgl. hergestellt ist, gegen eine geeignete, nicht haftende Oberfläche 11, wie z. B. eine im wesentlichen optisch flache plaziert, entweder direkt darauf oder indirekt auf eine dünne Folie 12, die wie eine Zwischenlage wirkt, um die Oberfläche 13a über eine kurze Entfernung hin, wie z. B. 5 bis 20 Mikrometer od. dgl., von Oberfläche 11 zu separieren. Das Rahmenbauteil 13 besitzt eine relativ große Öffnung 14, die vorteilhafterweise eine runde Gestalt hat und die innerhalb des geometrischen Mittelpunktes der Oberfläche 13a des Rahmens definiert ist, und mit einem aushärtenden elektrisch leitfähigen Material 15 gefüllt ist, wie z. B. Wood's Legierung, die unterhalb ihres Schmelzpunktes von ca. 650 c fest wird, um eine glatte Oberfläche 17 auszubilden.
Der elektrische Kontakt 16 ist vorher, während oder nach dem Aushärten des elektrisch leitfähigen Materials 15 eingesetzt worden. Wenn einmal das elektrisch leitfähige Material 15 ausgehärtet ist, z. B. indem es unterhalb seines Erstarrungspunktes abgekühlt worden ist, wird es eine glatte Oberfläche 17 aus elektrisch leitfähigem Material besitzen, das mit der Gestaltung der großen Öffnung 14 übereinstimmt und von Oberfläche 13a des Rahmenteiles 13 umgeben ist. Die einzige Funktion der Oberfläche 11 ist, die entsprechende Oberfläche 17 des elektrisch leitfähigen Materials, wenn dieses ausgehärtet ist, mit einer weichen, streifenlosen Oberfläche zu versehen und die der optionalen Folie 12, die Oberfläche 17 auf eine gewisse kurze Distanz über Oberfläche 13a des Rahmens 13 hinaus zu erstrecken.
Nachdem das elektrisch leitfähige Material 15 ausgehärtet ist, wird die Oberfläche 13a des Rahmens 13 vom Kontakt mit Oberfläche 11 entfernt und wird in die aufgerichtete Stellung umgedreht, wie dies in Fig. 4(b) dargestellt ist. In der neuen Figur wird eine Schicht aus Fotoresist 18, z. B. aus einer Fotoemulsion oder einer fotopolymerisierbaren Zusammenstellung, auf Oberfläche 17 eines elektrisch leitfähigen Materials 15 aufgetragen und, um ein gutes Maß zu haben, auf mindestens einen Teil der Oberfläche 13a des Rahmens 13, um sicherzustellen, daß eine angemessene und gleichmäßige Bedeckung des Bereiches erreicht wird, der schließlich durch die Anordnung der Öffnungen, die das Mikrosieb bilden, besetzt wird. Gewöhnlicherweise liegt die Höhe (oder die Dicke) des Fotoresist 18 in der Größenordnung von ca. 1 oder 2 Mikrometern, und die präzise Dicke ist abhängig im weiten Maße von den rheologischen Eigenschaften des jeweiligen ausgewählten Fotoresist.
In Fig. 4(c) werden durch herkömmliche Masken/Expositionstechniken (wie weiter oben in Verbindung mit den Fig. 2(a)-(e) beschrieben wurde, die die herkömmliche Weise verdeutlichen) ein gitterartiges Muster von nichtexponierten Bereichen des Fotoresist 18(a) geschaffen, die durch einen durchgehenden Bereich von exponiertem Fotoresist 18(b) umgeben sind. Nach konventionellem Entwickeln, Fixieren und Klären werden die fixierten Bereiche des Fotoresist 18(a) geschaffen, die von Wood's Metall 15 getragen werden, wie in Fig. 4d dargestellt ist.
Es ist zu bemerken, daß entweder positive oder negative Fotoresists in der Anwendung der Erfindung in Übereinstimmung mit den Vorgehensweisen verwendet werden können, die denen gut bekannt sind, die sich mit dieser Technik auskennen.
In nachfolgendem Schritt, der in Fig. 4(e) dargestellt ist, wird ein Metall 19, z. B. Kupfer, Gold, Silber etc. auf die exponierten Oberflächen des Rahmenteiles 13 galvanisch gefällt, wie auch in dem bekannten Herstellungsverfahren eines Mikrosiebes, das weiter oben beschrieben worden ist. Dieses galvanisch gefällte Metall 19 umgibt vollständig die Bereiche des fixierten Fotoresist. Wie in Fig. 4(f) dargestellt ist, wird das elektrisch leitfähige Material 15 von dem Rahmenteil 13 entfernt, was gewöhnlicherweise nur mit einer einfachen herausbrechenden Handlung geschieht, und die fixierten Bereiche des Fotoresist werden durch Lösen oder Ätzen mit einer angemessenen Lösung entfernt, um das fertiggestellte, komplett selbsttragende Mikrosieb zu erhalten, das nun das überspannt, was ursprünglich die große Öffnung 14 des Rahmenteiles 13 gewesen ist.
In der Abwandlung des vorhergehenden Verfahrens, abgebildet in Fig. 5, hat Kupferrahmenbauteil 13' des Mikrosiebes 10 anfänglich keine Öffnung aufgewiesen. Jedoch wurde eine ätzresistente, elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 20 auf die Unterseite des Rahmenteiles 13' aufgetragen, ausgenommen einer exponierten, blanken Kupfermetallfläche 21, direkt unterhalb des Mikrosiebbereiches, der aus einer elektroplattierten Nickel 19'-Schicht ausgebildet werden soll. Ein Ätzmittel, das selektiv das Kupfermetall beseitigt, aber das nicht Nickel angreift, wird dann verwendet, um den zentralen Kupferkern 22 zu entfernen und die fixierten Bereiche 18'b des Fotoresists werden entfernt, um ein fertiggestelltes Mikrosieb 10' zu erhalten, das demjenigen ähnelt, das in Fig. 4(f) dargestellt ist.
In einer weiteren Abwandlung des in Fig. 4(a) bis 4(f) beschriebenen Verfahrens, das in Fig. 6 dargestellt ist, wird die zentrale Öffnung 14 des Rahmenteiles 13' mit einem leicht schmelzenden oder einem lösungsmittellöslichen elektrisch nicht leitendem Material 30e gefüllt, wie z. B. Paraffinwachs, anstelle des elektrisch leitfähigen Materials 15 aus Fig. 4(a). Jedoch wird, vor dem Auftragen des Fotoresist gemäß Fig. 4(b), ein elektrisch leitfähiges Metall 31a, z. B. Gold, Silber etc. auf die komplette obere Fläche des Rahmenteiles 10 aufgedampft, um selbst in dem Bereich der Öffnung, der durch Material 30 versperrt ist, eine Elektroleitfähigkeit zu schaffen. Danach werden wie vorher die Verfahrensschritte des Auftragens von Fotoresist, des Exponierens, des Entwickelns und des Fixierens des Fotoresists, des Auswaschens des exponierten Fotoresists und der Metallelektroplattierung ausgeführt. Schließlich wird das Material 10e entfernt und die exponierte dünne Schicht des aufgedampften Metalls 31a wird selektiv weggeätzt oder anderswie entfernt und die fixierten Bereiche des Fotoresists werden entfernt, um das fertiggestellte Mikrosieb 10' zu erhalten.
Eine andere Vorgehensweise zum Erhalt einer gesteigerter Starrheit eines Mikrosiebes wird in den Fig. 7(a) und 7(b) verdeutlicht. Dort ist der Grundgedanke derart, die Dicke des Mikrosiebkörpers bis zu dem Punkt aufzubauen, an dem diese vorteilhafterweise mehr widerstandsfähig gegen Verbiegungen wird, jedoch ohne die numerische Dichte der Öffnungen verringern zu müssen.
Wie in Fig. 7(a) gezeigt wird, besitzt der Kupferdorn 40 (oder ein anderes elektrisch leitfähiges Material) aufeinanderfolgende Schichten 41 bis 53 aus elektroplattiertem Metall, z. B. Nickel, die fixierte Fotoresistbereiche 53(b) umgeben die in einer konzentrischen Anordnung mit den vorher abgelagerten B,ereichen aus Fotoresist darunter sind. Dies Verfahren zur Herstellung eines Mikrosiebes erfordert es, daß jede Schicht aus elektroplattiertem Material nicht höher, oder dicker, als die benachbarten Bereiche des fixierten Fotoresists ist. Wahlweise können jede der Schichten 41 bis 53 durch eine Schicht 54 aus aufgedampften Metall von lediglich einer Dicke von wenigen Angström voneinander getrennt werden. Durch das Entfernen des Dorns 40 und der fixierten Bereiche des Fotoresists 53b wird das fertiggestellte Mikrosieb 60 erhalten, das in Fig. 7(b) gezeigt wird.
Das vorhergehende Verfahren ermöglicht es, die Querschnittsgeometrie der Öffnungen von einer Schicht zur nächsten zu verändern und/oder die aufeinanderfolgenden Schichten zu staffeln, um eine Öffnung zu erhalten, die eine nicht vertikale Bohrung aufweist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Mikrosiebes, das eine gitterartige Anordnung von Mikroöffnungen umfaßt, die in einem matrixartigen Muster von Reihen und Spalten entlang jeweiligen X- und Y-Achsen angeordnet sind, daß eine verbesserte Starrheit und Widerstandsfähigkeit gegen ein mechanisches Verwinden aufweist, so daß die Lokalisierung der Mikroöffnungen entlang besagter X- und Y-Achsen im wesentlichen dauerhaft ist, wobei dieses Verfahren umfaßt (a) Auftragen einer Schicht aus Fotoresist auf ein elektrisch leitfähiges Material, (b) Fixieren vorbestimmter Bereiche des Fotoresist, um eine gemusterte Oberfläche in Form einer gitterartigen Anordnung von getrennten Bereichen von dem fixierten Fotoresist zu erhalten, (c) Entfernen des verbleibenden Fotoresist, um einen durchgehenden Bereich des elektrisch leitfähigen Substrats zu exponieren, (d) Elektroplattieren des Substrates, und (e) Entfernen des Substrates und des fixierten Fotoresists, um ein fertiggestelltes Mikrosieb zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß jede Mikroöffnung einen zellengroßen Bereich einer kontrollierten nicht konischen Konfiguration enthält, so daß besagter Bereich dazu angepaßt ist, nur eine Zelle zu halten, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der nachfolgenden Bedingungen (A), (B) und (C) angewandt wird,nämlich: (A) daß besagte Schicht aus Fotoresist mindestens ca. 6 Mikrometer in der Höhe beträgt; (B) daß besagtes elektrisch leitfähiges Material mit einem starren, elektrisch leitfähigen Rahmenteil integriert ist; (C) daß in Verfahrensschritt (d), das Metall auf das exponierte Substrat auf im wesentlichen die gleiche Höhe, oder Dicke, der Bereiche des fixierten Fotoresists elektroplattiert wird, um eine gemusterte Oberfläche in der Form einer gitterartigen Anordnung in sehr kleinen, eng aneinanderliegenden, präzise dimensionierten Flächen aus fixiertem Fotoresist geschaffen wird, die von einem durchgehenden Bereich aus elektroplattiertem Metall umgeben sind, und vor Verfahrensschritt (e), daß eine weitere Schicht aus Fotoresist auf die gemusterte Oberfläche aufgetragen wird, und die Abfolge der bisher getätigten Verfahrensschritte so weit ein oder mehrere Male wiederholt wird, vorausgesetzt daß mit jeder Wiederholung des Verfahrensschrittes (b) die Flächen des fixierten Fotoresist über die und in einer vorbestimmten Ausrichtung mit vorher erhaltenen Flächen des fixierten Fotoresist gelegt werden, und daß bei der letzten Wiederholung der besagten Abfolge von Verfahrensschritten Verfahrensschritt (d) ausgelassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bedingung (B) angewendet wird und das besagte elektrisch leitfähige Substrat mit den weiteren Unter-Verfahrensschritten hergestellt wird:

(i) Schaffen eines starren, elektrisch leitfähigen Rahmenteiles, das eine relativ große Öffnung aufweist, die innerhalb einer größeren Oberfläche davon definiert ist, wobei die Fläche, die die große Öffnung trägt, mindestens gleich ist mit der Fläche der gitterartigen Anordnung der Mikroöffnungen, die dem fertiggestellten Mikrosieb gehört;

(ii) Füllen der großen Öffnung mit einem härtenden, elektrisch leitfähigen Material; und

(iii) Aushärten lassen des elektrisch leitfähigen Materials, um ein elektrisch leitfähiges Substrat mit einer glatten Oberfläche zu schaffen, die mit der Konfiguration der großen Öffnung übereinstimmt und von dem elektrisch leitfähigen Rahmenteil umgeben ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das elektrisch leitfähige Rahmenteil aus Kupfer oder Messing hergestellt ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei das aushärtbare elektrisch leitfähige Material Woodsches Metall ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die große Öffnung durch einen Kreis mit ca. 1000 bis ca. 3000 Mikrometer Durchmesser definiert wird, wobei das Zentrum der Öffnung an dem geometrischen Mittelpunkt der Hauptoberfläche des Rahmenteiles festgelegt ist.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die getrennten Bereiche des fixierten Fotoresists ca. 1 bis 2 Mikrometer in der Höhe, und ca. 7 bis ca. 11 Mikrometer im Durchmesser betragen und voneinander durch eine Entfernung von ca. 15 bis ca. 25 Mikrometer separiert sind, wobei es insgesamt ca. 100 bis ca. 10.000 der besagten getrennten Bereiche des fixierten Fotoresist gibt.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das elektroplattierte Metall Nickel ist.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das gehärtete, mit einer glatten Oberfläche ausgestattete, elektrisch leitfähige Material sich über eine kurze Entfernung aus der Ebene der umgebenden Oberfläche des Rahmenteiles heraus erstreckt.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die glatte Oberfläche des gehärteten elektrisch leitfähigen Materials im wesentlichen optisch plan ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Bedingung (B) angewendet wird und das besagte elektrisch leitfähige Material aufgrund der Unter-Verfahrensschritte zubereitet wird:

(i) Schaffen eines starren Rahmenteiles, das aus einem elektrisch leitfähigen ersten Metall hergestellt ist und eine durchgehende obere und untere Oberfläche aufweist; und

(ii) Auftragen einer elektrisch nicht leitfähigen Beschichtung auf die untere Oberfläche, die widerstandsfähig gegen die Wirkung eines Ätzmittels für das Metall des Rahmenteiles ist, wobei die Beschichtung einen exponierten Bereich von besagter unteren Oberfläche umgibt, die direkt unterhalb von dem Bereich der oberen Oberfläche ist, der mit dem Mikrosieb versorgt werden soll, wobei die unbeschichtete obere Oberfläche das benötigte Substrat schafft;

und danach in Verfahrensschritt (d) wird das Elektroplattieren mit einem zweiten Metall ausgeführt, das sich von dem ersten Metall unterscheidet; und

in Verfahrensschritt (e) wird das Metall des Rahmenteiles direkt unterhalb des elektroplattierten Metalls, das das Mikrosieb tragen wird, selektiv weggeätzt, und schließlich wird das fixierte Fotoresist entfernt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Metall des Rahmenteiles Kupfer oder Messing ist und daß das elektroplattierte Metall Nickel ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Bedingung (B) angewendet wird und das besagtes elektrisch leitfähiges Substrat aufgrund der Unter-Verfahrensschritte bereitet wird:

(i) Schaffen eines starren, elektrisch leitfähigen Rahmenteiles, das eine relativ große Öffnung aufweist, die in einer größeren Oberfläche davon definiert ist, wobei der Bereich, der die große Öffnung trägt, mindestens gleich dem Bereich der gitterähnlichen Anordnung von Mikroöffnungen ist, der zu dem fertiggestellten Mikrosieb gehört;

(ii) Füllen der großen Öffnung mit einem aushärtbaren elektrisch nicht leitfähigen Material;

(iii) Härten lassen des elektrisch nicht leitfähigen Materials, um ein elektrisch nicht leitfähiges Material mit einer glatten Oberfläche zu schaffen, das der Konfiguration der großen Öffnung entspricht und von dem elektrisch leitfähigen Rahmenteil umgeben ist; und

(iv) Aufdampfen eines elektrisch leitfähigen Metalls auf die gesamte kombinierte Oberfläche aus nicht leitendem Material, das von elektrisch leitfähigem Material umgeben ist; und danach wird Verfahrensschritt (e) ausgeführt, indem das elektrisch nicht leitfähige Material entfernt wird von der großen Öffnung, um das aufgedampfte Metall zu exponieren, und durch das Entfernen des exponierten aufgedampften Metalls und durch Entfernen des fixierten Fotoresists.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das elektrisch nicht leitfähige Material Paraffinwachs ist.

14. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Bedingung (C) angewandt wird und zusätzliche Schichten aus aufgedampften Metall zwischen die aufeinanderfolgenden Schichten des elektroplattierten Metalls angeordnet werden.

15. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Bedingung (A) angewandt wird und die einzelnen Mikroöffnungen im wesentlichen vertikale Wandungen haben bis zu einer Tiefe von mindestens ca. 6 Mikrometer.

16. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fotoresist eine Fotoemulsion ist.

17. Mikrosieb, das durch ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche erhalten wird.

18. Mikrosieb, das eine gitterartige Anordnung von Mikroöffnungen aufweist, die in einem matrixartigen Muster von Reihen und Spalten entlang entsprechender X- und Y-Achsen angeordnet sind, das eine verbesserte Starrheit und Widerstandsfähigkeit gegen mechanisches Verwinden aufweist, so daß die Lokalisierung der Mikroöffnungen entlang besagter X- und Y-Achsen im wesentlichen dauerhaft ist und wobei jede Mikroöffnung einen zellgroßen Bereich einer kontrollierten nicht konischen Konfiguration aufweist, so daß besagter Bereich dazu angepaßt ist, jeweils nur eine Zelle zu halten.