(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄フィルムの堆積、リソグラフィ、エッチング、研磨、又はそれらの組み合わせを含む医療器具を製造する方法であって、
基板を提供し、第１物質で前記基板をコーティングするステップと、
前記第１物質に所望のパターンを与えて、前記基板を選択的にエッチングし、前記基板に所望のプロファイルを有する凹んだ基板領域を形成する工程と、
前記パターニングした基板に第２物質を堆積する工程と、
前記凹んだ基板領域内の前記所望プロファイルが付与された前記第２物質だけを残すように、前記第２物質を選択的に除去する工程と、
前記所望プロファイルが付与された前記第２物質をリフトオフする前に、前記第２物質をパターニングして、第２の所望プロファイルを付与する工程と、
前記基板を選択的にエッチングして、前記所望プロファイルが付与された前記第２物質をリフトオフして、前記所望プロファイルを有する医療器具を提供する工程と、を含み、
前記第２の所望プロファイルは、追加物質で満たされるトレンチを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の所望プロファイルを有する医療器具を、前記第２の所望プロファイルを有する医療器具に結合する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
薄フィルムの堆積、リソグラフィ、エッチング、研磨、又はそれらの組み合わせを含む医療器具を製造する方法であって、
基板を提供し、第１物質で前記基板をコーティングするステップと、
前記第１物質に所望のパターンを与えて、前記基板を選択的にエッチングし、前記基板に所望のプロファイルを有する凹んだ基板領域を形成する工程と、
前記パターニングした基板に第２物質を堆積する工程と、
前記凹んだ基板領域内の前記所望プロファイルが付与された前記第２物質だけを残すように、前記第２物質を選択的に除去する工程と、
前記所望プロファイルが付与された前記第２物質をリフトオフする前に、前記第２物質をパターニングして、第２の所望プロファイルを付与する工程と、
前記第２の所望プロファイルを付与した前記第２物質上に追加物質を堆積する工程と、
前記第２物質が露出するまで前記追加物質を研磨する工程と、
前記基板を選択的にエッチングして、前記所望プロファイルが付与された前記第２物質をリフトオフして、前記所望プロファイルを有する医療器具を提供する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
薄フィルムの堆積、リソグラフィ、エッチング、研磨、又はそれらの組み合わせを含む医療器具を製造する方法であって、
基板を提供し、感光性である第１物質で前記基板をコーティングするステップと、
前記第１物質に所望のパターンを与えて、前記基板を選択的にエッチングし、前記基板に所望のプロファイルを有する凹んだ基板領域を形成する工程と、
前記パターニングした基板に第２物質を堆積する工程と、
前記凹んだ基板領域内の前記所望プロファイルが付与された前記第２物質だけを残すように、前記第２物質を選択的に除去する工程と、
前記所望プロファイルが付与された前記第２物質だけが前記凹んだ基板領域内に残された前記基板上に第３物質を堆積する工程と、
前記第３物質に凹領域を形成するように前記第３物質をパターニングする工程と、
前記パターニングした第３物質及び前記凹領域内の前記第２物質上に追加物質を堆積する工程と、
前記凹領域内のみに前記追加物質を残すように前記追加物質を選択的に除去する工程と、
前記基板及び前記第３物質から前記第２物質及び前記追加物質を一緒にリフトオフして、医療器具を提供する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
該医療器具のサイズは、１オングストロームから１０センチメートルの範囲にあることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
該医療器具のサイズは、１ミクロンから２センチメートル、５オングストロームから０．５センチメートル、１００オングストロームから１０マイクロメートルの範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２０１１年３月２２日に出願された米国出願第６１／４６６，０７６号の優先権を主張するものであり、その全体の内容を参照によりここに組み込む。
【背景技術】
【０００２】
現代の医療では、より高度且つ柔軟な機能性を有する、より改善した医療（外科手術を含む）器具の需要が高まっている。近年、マイクロ（超微細）手術が発展しているが、現行又は伝統的な医療器具は、ほとんどの要求を満たすことができていない。例えば、特定の複雑な手術は高度な正確性を必要とするが、現行の外科用器具が十分な精度又は機能性を欠くだけでなく手動操作に大きく頼っているので、この要求を満たすことに失敗している。
【０００３】
さらに、全体の医療経費を削減するために、より低いコストの医療器具が求められている。いくつかの場合では、医療器具は、技術的要求及び実施上の配慮によって使い捨て（１回使用）でのみ使用可能である。これは、大ボリューム、高コスト効果の製造技術を要求する。
【０００４】
最近、マイクロ手術のためのほとんどの医療器具は、例えば、細胞を切断する、又は、傷を縫合するための１つの機能性を有する機械式装置である。これら従来式手術器具は、特にこれらは刃先を有するが、ほとんど、ステンレス鋼又はタングステンのような金属の塊で形成されている。これらは、一般的に、ダイアモンド、シリコン及びサファイアのようなより硬質な物質で研磨される。ＵＳ２００５／０１８８５４８Ａ１を参照されたい。この方法は、外科用ブレードを形成するのに経済的ではあるが、いくつかの欠点を有する。例えば、ブレードエッジの鋭さは、不変性を欠き、時には、大幅に変化することさえある。機械式研磨（グラインド）プロセスは、ブレードエッジに欠陥を生じ、そして、一般に、優れた鋭利なブレードエッジ又は超小型の外科用ブレードに導入されることができない。さらに、所望の粗さ（凹凸）、鋸歯及びインサイド角のような二次の切断エッジ構造を刻むための工程に使用することができない。
【０００５】
外科用ブレードを製造するための比較的新しい方法は、ステンレス鋼を処理することにおいて、研磨よりも先進の技術を採用する。ここで、ブレードは、鋭利なエッジを達成するために電気化学的に研磨される。この工程は、ブレードエッジにおいてより不変性の鋭利さを有するブレードを形成することが発見されている。しかしながら、化学プロセスは、腐食によってブレード表面に欠陥を導き、且つ、鋭利さの不変性は、高精度の手術のためにまだ改善されるべきである。これらの微細な欠陥の結果として、従来式スチール外科用ブレードは、組織（細胞）のいくつかを裂くことなく組織を切断することができない。手術の間にこのような組織を裂くことは、傷の回復を遅らせ、その結果、回復プロセスの間及び後に瘢痕組織を形成する。
【０００６】
最近、マイクロエレクトロニクス製造方法論が、マイクロチップアセンブリに提案されている。それは、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングを使用して製造される。特には、シリコン結晶フォームが、シリコン基板内にピットを形成するように、粒界に沿ってエッチングすることによる利点として使用される。そして、タングステンがピット内に堆積されて、走査トンネル顕微鏡アセンブリに使用するための鋭利なチップ（先端）を形成する。しかしながら、チップエッジの角度は、シリコン自体の結晶の配向角によって決定及び制限される。基板がサファイア又はルビーに切り替えられたとしても、角度は、基板物質の結晶配向によって決定される定数である。米国特許第４，９１６，００２号を参照されたい。
【０００７】
シリコンを使用した外科用ブレードの製造方法の他の提案がいくつか存在している。ＵＳ２００５／０２６６８０Ａ１、米国特許第５，６１９，８８９号、米国特許第５，５７９，５８３号及び米国特許第７，７２８，０８９号を参照されたい。しかしながら、１つの形態又は別の形態において、これら比較的新しい工程は、様々な構成及び使い捨て可能なコストでブレードを製造することを不可能にすることにより、制限される。これら提案の多くは、高い方向性で異なる方向に異なるエッチングレートを有するシリコンの異方性エッチングに基づいている。このプロセスは、鋭い切断エッジを作成可能であるが、その性質そのものによって、特定のブレード形状及びベベル角度を得ることができない点で制限される。水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレン・ジアミン／ピロカテコール（ＥＤＰ）及びトリメチル−２ヒドロキシエチルアンモニウム水酸化物（ＴＭＡＨ）バスを採用するような、湿式バルク異方性エッチングプロセスは、鋭利なエッジを達成するように特定の結晶平面に沿ってエッチングする。この平面は、典型的にはシリコンにおいて、シリコンウェハの表面から５４．７°で傾いている。これは、含まれた５４．７°のベベル角でブレードを形成し、非常に鈍角であるので、ほとんどの手術用途に臨床的に受け入れられないことが分かっている。該技術が２つのベベルブレードを形成することに適用されるとき、含まれたベベル角が１０９．４°であるとして、この応用はさらに悪い。プロセスは、それが製造可能なブレードプロファイル（形状）にさらに制限される。エッチング平面は、ウェハ内で互いに９０°傾いている。したがって、矩形プロファイルを有するブレードだけを作成可能である。
【０００８】
さらに、先に提案された外科用器具のほとんどが機械式装置であり、ナイフ、ピンセット、ソー、ピン、クランプ及びフックである。これらは、例えば、物理的、光学的、電気的、化学的、熱的又は音響的機能を有する他の装置に統合（一体化）することに適していない。
【０００９】
本発明は、上述の問題及び欠点に対する解法を提供することを目的としている。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、一般にナノテクノロジー（例えば、先進半導体処理技術、マイクロエレクトロニクス技術又はマイクロエレクトロニクス製造技術を含む）を使用することによって医療又は外科用器具を製造する新規な方法、及び、これにより製造された医療又は外科用器具を提供する。このような医療器具は、一般に、低コストであり、高い性能、高度な統合性、高機能性、高度な柔軟性、高精度、高速度及び自動化性を有する。
【００１１】
一例では、これら医療器具を製造する方法は、例えば、薄フィルム堆積、リソグラフィ、エッチング（例えばウェットエッチング、ドライエッチング等）、ウェットクリーニング、イオン注入、拡散、化学機械研磨、パッケージ化、又は、それらの任意の組み合わせのような、１又は複数の先進半導体プロセス技術の使用を含んでいる。
【００１２】
別例では、医療器具を製造する方法は、基板を提供し、基板を選択的に所望のプロファイルにパターニングする工程と；基板上に第１物質を堆積する工程と；第１物質又は基板と同様に第１物質を選択的にパターニングして、第１物質に第１の所望プロファイルを付与する工程と；パターニングされた第１物質を選択的にエッチング及びリフトオフして、第１の所望プロファイルを有する医療器具を提供する工程と、を含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、基板は、シリコン、ガラス、ゲルマニウム、サファイア、ルビー、ダイアモンド、セラミック又は金属を含む。
【００１４】
いくつかの別実施形態では、第１物質は、ポリシリコン、二酸化ケイ素、ドープ二酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ガラス、ダイアモンド、タングステン、チタン、アルミニウム、モリブデン、タンタル、又は合金を含む。
【００１５】
いくつかの別実施形態では、プロファイルのいずれかは、ブレード、ハンドル、ドリル、柱体、錐体、スクリュー、スクリュードライバ、シート、ナイフ、ソー、ピンセット、クランプ、フック、ハンマー、スクレーパー、縫合糸又は針の形態を取り得る。
【００１６】
いくつかの別実施形態では、方法は、第１物質が第１の所望プロファイルに選択的にパターニングされる前又は後に、第１物質をパターニングして、第２の所望プロファイルを付与する工程をさらに含む。例えば、こうしてパターニングされた第２の所望プロファイルは、第２物質内にトレンチを含む。
【００１７】
いくつかの別実施形態では、方法は、薄フィルムの複数の層を堆積してそれらのいくつかをパターニングする工程をさらに含むことができ、選択的に、層の少なくとも１つ又は層の１つの一部を除去して（限定されないが、ウェットエッチング、直接書き込み、分子アセンブリ（集合）、光学アブレーション又は研磨を含む方法を利用して）、所望プロファイルを形成する。
【００１８】
いくつかの別実施形態では、第１の所望プロファイルを有する医療器具を、第２の所望プロファイルを有する又は有さない医療器具に結合する工程をさらに含む。
【００１９】
いくつかの別実施形態では、本発明の方法は、第１物質が最初にパターニングされた後、第２物質を第１物質上に堆積する工程と、第２の所望プロファイルを形成するように第２物質をパターニングする工程と、をさらに含んでもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、方法は、パターニングされた基板の凹領域内だけに第１物質を残すように、パターニングされた第１物質の一部を除去する工程と；（第１物質で満たされた凹領域を有する）基板表面上に第２物質を堆積する工程と；第２物質及び選択的に第１物質及び基板をパターニングして、第２物質に所望プロファイルを付与する工程と；第３物質を第２物質上に堆積する工程と；を含んでもよく、第１物質が基板上に堆積される前に、基板が所望プロファイルにパターニングされ、第１、第２及び第３物質が独立的に同じであるか、又は、互いに異なる。
【００２１】
さらに、本発明の方法は、パターニングされた第１、第２及び第３物質を一緒に医療器具としてエッチング及びリフトオフする工程を含んでもよい。
【００２２】
さらに、本発明の方法は、パターニングされた第２物質の凹領域内の第３物質の一部だけを残すように該第３物質を除去する工程と；第２及び第３物質上に第４物質を堆積する工程と；第４物質及び選択的に第１、第２、第３物質及び基板をパターニングして、第４物質に所望プロファイルを付与する工程と；第５物質を第４物質上に堆積する工程と、を含んでもよく、第１、第２、第３、第４及び第５物質が独立的に同じであるか、又は、互いに異なる。
【００２３】
さらに、方法は、パターニングされた第１、第２、第３、第４及び第５物質を医療器具として一緒にエッチング及びリフトオフする工程を含んでもよい。
【００２４】
いくつかの別実施形態では、堆積物質のいずれかは、独立的に、ポリシリコン、圧電物質、光学物質、熱物質、電子光学物質、二酸化ケイ素、タングステン、チタン、アルミニウム、モリブデン、タンタル、合金又はこれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、パターニング工程は、リソグラフィ、エッチング、化学研磨、機械研磨、化学機械研磨、直接書き込み、分子集合、光学アブレーション、ドライエッチング又はウェットエッチングを含む。ウェットエッチング工程は、フッ化水素酸、硫酸、リン酸、緩衝酸化物エッチング溶液（ＢＯＥ）、フッ化アンモニウム、過酸化水素、水酸化カリウム、アンモニア又は硝酸を含む溶液で実施可能である。
【００２６】
いくつかの別実施形態では、本発明の方法は、装置は、電気、磁気、電磁気、熱、光学、音響、生物学、化学物理又は機械特性を検知するためのセンサ；超小型電子（マイクロエレクトロニクス）モジュール；外科用器具、ジャイロメータ又はジャイロコンパス；メモリチップ；論理処理チップ；用途特定チップ；通信コンポーネント；及び、マイクロドラッグコンテナからなる群から選択される装置に医療器具を統合する工程をさらに含んでもよい。
【００２７】
別実施形態では、本発明は、本発明の方法によって製造された医療器具を提供する。
【００２８】
いくつかの実施形態では、医療器具のサイズは、１オングストロームから１０センチメートルの範囲にあり、例えば、５オングストロームから０．５センチメートル、１００オングストロームから１０マイクロメートル、１ミクロンから２センチメートルの範囲にある。
【００２９】
いくつかの別実施形態では、医療器具は、外科用ナイフ、外科用ドリル、外科用ソー、外科用ピンセット、外科用クランプ、外科用フック、外科用ハンマー、スクレーパー、針、ブレード、舌圧子、医療用温度計、血糖測定器、人工心臓、フィブリン骨格、ステント、トレッドミル、超音波センサ、光線療法ユニット、内視鏡、人間埋め込み型無線自動識別（ＲＦＩＤ）チップ、腹腔鏡吸入器、心音計、ラジアントウォーマー、電子温度計、搾乳器、外科用顕微鏡、超音波噴霧器、温度モニタ、ベンチレーター、自動輸液ユニット、細動除去器、（外部又は内部）電子手術ユニット、外部ペースメーカー、分娩監視モニタ、縫合糸、又は、それらが統合した医療器具を含んでもよい。
【００３０】
いくつかの別実施形態では、医療器具は、マイクロブレード、プロービングチャネル、データワイヤリング又は中央制御回路ユニットに統合（一体化）可能である。代替的に、又は、付加的に、器具は、統合医療器具の構造的建造体の支持を提供するように、又は、装置コンポーネントを１つに統合するように、さらにパッケージ化可能である。
【００３１】
いくつかの実施形態では、センサをプロービングチャネルに設置可能であり、該センサは、生物学的対象の、電気、磁気、電磁気、熱、光学、音響、生物学、化学、エレクトロメカニカル、エレクトロケミカル、エレクトロオプティカル、エレクトロサーマル、エレクトロケミカルメカニカル、バイオケミカル、バイオメカニカル、バイオオプティカル、バイオサーマル、バイオフィジカル、バイオエレクトロメカニカル、バイオエレクトロケミカル、バイオエレクトロオプティカル、バイオエレクトロサーマル、バイオメカニカルオプティカル、バイオメカニカルサーマル、バイオサーマルオプティカル、バイオエレクトロケミカルオプティカル、バイオエレクトロメカニカルオプティカル、バイオエレクトロサーマルオプティカル、バイオエレクトロケミカルメカニカル、物理的又は機械的特性、あるいは、これらの組み合わせを検知又は測定する。例えば、電気特性は、表面電荷、表面電位、静止電位、電流、電場分布、電気双極子、電気四極子、三次元電気又は電荷雲分布、ＤＮＡ及び染色体のテロメアでの電気特性、電気容量、又は、インピーダンスであり得る。熱特性は、温度又は振動周波数であり得る。光学特性は、光吸収、光伝送、光反射、光電特性、ブライトネス、又は蛍光発光であり得る。化学特性は、ｐＨ値、化学反応、バイオ化学反応、バイオエレクトロケミカル反応、反応速度、反応エネルギー、反応の速度、酸素濃度、酸素消費速度、イオン強度、触媒挙動、強化信号応答をトリガーするための化学添加、強化信号応答をトリガーするためのバイオケミカル添加、強化信号応答をトリガーするためのバイオロジカル添加、検知感度を強化するための化学剤、検知感度を強化するためのバイオ化学剤、検知感度を強化するためのバイオロジカル添加、又は、結合強度であり得る。物理的特性は、密度、形状、体積又は表面積であり得る。生物学的特性は、表面形状、表面積、表面電荷、表面バイオロジカル特性、表面化学特性、ｐＨ、電解質、イオン強度、抵抗、細胞（セル）密度、又は、溶液の生物学、電気的、物理的又は化学的特性であり得る。音響特性は、周波数、音響波の速度、音響周波数及び強度スペクトル分布、音響強度、音響吸収又は音響共鳴であり得る。機械特性は、内圧、硬度、流量、粘度、せん断強度、伸長強度、破壊応力、接着力、機械共振周波数、弾性、可塑性又は圧縮率であり得る。
【００３２】
いくつかの別実施形態では、中央制御回路ユニットは、例えば、情報を収集してサーバーに情報を伝送するための、信号増幅器、プロセシング（処理）ユニット、信号ロックインユニット、信号処理ユニット、通信ユニット、論理処理ユニット、又はメモリ装置（例えば、チップ）のようなマイクロモジュールを備える。  いくつかの別実施形態では、例えば、通信ユニットは、信号受信機、信号送信機、信号エンコードユニット又は信号デコードユニットのようなマイクロモジュールを含み得る。
【００３３】
いくつかの別実施形態では、ジャイロメータ又はジャイロコンパスが中央制御回路ユニットに設置可能であり、ブレードの位置を正確に追跡する。複数のチャネルをブレード内に統合して１つにパッケージ化可能であり、医療器具に接触する組織の複数の特性を検知する。
【００３４】
いくつかの別実施形態では、チャネルは、ブレードに統合される一端、及び、トンネルによってマイクロドラッグコンテナに接続された他端に延びる。マイクロドラッグコンテナは、センサの生物学的（バイオロジカル）情報が中央コントローラに分析されて薬剤が必要であるときに、所望の量の薬剤を放出可能である。
【００３５】
本願に開示された方法を使用して製造された新規な医療器具は、外傷又は内科疾患の手術、特に、眼、肌、脳、癌、心臓、肝臓、胃、腸又は肺の手術に使用可能である。
【００３６】
ここに使用された、用語「医療器具（ｍｅｄｉｃａｌ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）」は、用語「外科用器具（ｓｕｒｇｉｃａｌ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）」と交換可能であり、一般に、例えば、手術又は診察のための医療用途の器具を示す。
【００３７】
ここに使用された、用語「生物学的対象（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｓｕｂｊｅｃｔ）」は、例えば、単一細胞又は、ＤＮＡ又はＲＮＡのような単一の生物学的分子、プロテイン、ウイルス、臓器、又は組織を示す。
【００３８】
ここに使用された、用語「又は（ｏｒ）」は、「及び」と「又は」の両方の意味を有する。
【００３９】
ここに使用された、単数形の意味は、特定がない限り、複数形及び単数形の意味を含み、その複数形の意味を有してもよい。
【００４０】
ここに使用された、用語「堆積物（ｄｅｐｏｓｉｔ）」及び「堆積（ｄｉｐｏｓｉｔｉｎｇ）」は、表面に薄いフィルム物質を適用することを意味する。堆積は、化学的又は物理的であることができる。化学堆積では、流体前駆体が、固体表面で化学変化を経験し、固体層を残す。一般的な例は、それがフレーム内に配置されるとき、冷たい物体上に煤（ｓｏｏｔ）を形成することである。流体が固体物体を覆うので、ほとんど方向に関係なく、全表面上に堆積が起こる。化学堆積技術からの薄フィルムは、方向性というよりむしろ、コンフォーマル（等角、共形）である。対照的に、物理堆積は、機械的、電子機械的、又は熱力学的手段を使用して固体の薄フィルムを作成する。一般的な例は、フロスト（ｆｒｏｓｔ、霜、凍結）の形成である。ほとんどのエンジニアリング物質は、比較的高いエネルギーで一緒に保持され、且つ、化学反応がこれらエネルギーを保存することに使用されないので、商用の物理堆積システムは、適切に機能するために低圧の蒸気環境を要求する傾向にある。ほとんどが物理蒸着として区分可能である。半導体処理における堆積方法の例は、真空蒸発、スパッタリング、及び化学蒸着を含む。
【００４１】
ここに使用された、「パターン化（ｐａｔｔｅｒｎ）」又は「パターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）」は、例えば、形状、構成、重量、深さ等の特定の物理的パラメータを生じるように物質を処理するための（化学的又は物理的）プロセスを示す。物理的プロセスは、例えば、機械研磨又はグレービング（彫刻）であり得る。化学的プロセスは、例えば、エッチング（ドライ又はウェット）、リソグラフィ、化学研磨、分子自己集合であり得る。他の工程は、レーザーアブレーション、直接書き込み、電子ビーム書き込み、Ｘ線書き込み及び化学機械研磨であり得る。
【００４２】
ここに使用された、用語「エッチ（ｅｔｃｈ）」又は「エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）」は、強酸、腐食剤、又は他の化学剤の工程を示し、物質表面の保護されていない部位を切り込み又は好ましい化学反応で、物質（例えば、金属又はシリコン）内のインタリオのデザインを作成する。エッチングプロセスの例は、ウェットエッチング及び（反応イオンエッチングのような）ドライエッチングを含む。
【００４３】
ここに使用された、用語「化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）」又は「平滑化（ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）」は、化学反応及び機械摩耗の組み合わせで表面を平滑化（研磨）するプロセスを示す。
【００４４】
ここに使用された、用語「パッケージ（ｐａｃｋａｇｅ）」又は「パッケージ化（ｐａｃｋａｇｉｎｇ）」は、電子回路内に接続及び使用可能な１又は複数の独立又は統合コンポーネントが内部に組み込まれる成形ケーシング、又は、異なる装置を１つの医療器具に統合することを示す。
【００４５】
他はここで定義されないが、本明細書に挙げられた全ての用語は、本発明が属する技術分野の当業者にとって知られているとおり、一般的な意味として解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１ａ−ｙ】図１は、本発明の方法の実施例を示す。
【図２ａ−ｊ】図２は、本発明の方法の別実施例を示す。
【図３】図３は、様々なプロファイルの医療器具を生成する本発明の方法の別例を示す。
【図４】図４は、本発明の医療器具のいくつかの実施例を示す。
【図５ａ−ｂ】図５は、本発明の医療器具が統合される医療装置の実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
従来の方法と比較して、本方法によって提供される新規の方法は、制御された特徴、独特に改善された特性、強化された精度、所望のプロファイル、異なる機能性及び低コストで医療器具を製造することを可能とする。例えば、こうして得られた医療器具は、マイクロ手術のような医療又は外科的手術の能力、効果及び正確性を著しく強化するサブミクロン（１ミクロン未満）ほどに小さいサイズを特徴とすることを可能とする。さらに、本発明の方法によって異なる種類の異なる機能の医療器具を製造可能であり、１つの医療装置に統合可能である（例えば、センサ、ナイフ、クリーナ及び縫合糸を１つの器具に統合可能である）。すなわち、先進の又は多機能を有する、洗練され、且つ強力な医療装置を形成する。そして、これは、医療手術においてより高度な自動化を可能とする。このように、本発明は、改善された特徴（例えば、より良好な性能、より高度な適合性、より多くの機能性、より高い柔軟性及びより低コストでの大量生産性）を有する医療器具を作成するための方法を提供する。
【００４８】
一実施形態では、本発明によって提供される方法は、眼の手術のための高性能且つ低コストの外科用ナイフを製造するために使用可能である。この方法の一実施例では、第１物質が薄フィルムとして基板上に堆積され；そして、例えば、リソグラフィ及びエッチング技術によって第１物質がパターニングされる。そして、パターニングされた第１物質は、例えば、選択的エッチングプロセスの後（基板及び第１物質の間で）リフトオフ可能である。選択的に、パターニングされた第１物質がリフトオフされる前、第２物質を第１物質上に堆積可能であり、（例えば、化学機械研磨プロセスによって）続いてパターニングされ；その後、例えば、第１物質及び第２物質の間又は基板及び第１物質の間での選択的なエッチングプロセスの後、パターニングされた第２物質が（選択的に、パターニングされた第１物質と一緒に）リフトオフ可能である。また選択的に、第１物質の堆積又はパターニングに続いて、ライナー（裏打ち）物質を堆積可能であり、且つ、第１又は第２物質又はそれらの組み合わせをリフトオフすることにライナー物質に特定したエッチングを使用可能である。あるいは、このプロセスでは、第２薄フィルム物質のパターニングを、該化学機械研磨プロセスと組み合わせて使用可能である。
【００４９】
別実施形態では、本発明の方法は、センサ、クリーナ及び縫合糸に統合（一体化）した外科用ナイフ（メス）を製造することに使用可能である。例えば、物質の１つのパターニングの間、特定のプロファイル（例えばトレンチ）を作成可能であり、且つ、センサ又はクリーナを該トレンチ内に含むことができ、こうして統合医療器具を与える。選択的に、医療器具は、薬物導管を有する注射器を含んでもよい。
【００５０】
さらに別実施形態では、本発明の方法は、センサ、メモリ及び論理機能を有する統合回路ユニット、少なくとも１つの外科用ユニット（例えば、ナイフ、ブレード、レーザー等）、クリーニングユニット、縫合糸及び薬物放出ユニットを含む医療器具を製造することに使用可能である。選択的に、医療器具は、マイクロ手術のための自動化モードで動作可能である。
【００５１】
本発明の方法を使用することによって製造可能な医療器具の例は、以下に限定されないが、外科用ナイフ、外科用ドリル、外科用ソー、ブレード、舌圧子、医療用温度計、血糖測定器、人工心臓、フィブリン骨格、ステント、トレッドミル、超音波センサ、光線療法ユニット、内視鏡、人間埋め込み型無線自動識別（ＲＦＩＤ）チップ、腹腔鏡吸入器、心音計、ラジアントウォーマー、電子温度計、搾乳器、外科用顕微鏡、超音波噴霧器、温度モニタ、ベンチレーター、自動輸液ユニット、細動除去器、外部又は内部電子手術ユニット、外部ペースメーカー、分娩監視モニタ、ベンチレーター及び縫合糸を含む。
【００５２】
本願に開示される方法を使用して製造された新規な医療器具は、外傷の手術及び内科疾患に使用可能であり、特に、眼、肌、脳、癌、心臓、肝臓、胃、腸及び肺の手術に使用可能である。
【００５３】
図１〜５は、さらに、本発明の方法及び医療装置の例を示している。
【００５４】
特に、図１は、本発明の方法の特定の例を示している。この例では、基板１０１１が提供され（図１（ａ））、そして、図１（ｂ）に示されるとおり、感光性である第１物質（例えばフォトレジスト）でコーティングされる。第１物質１０２２は、続いて暴露され、リソグラフィプロセスフロー内に展開されて、それ自体に所望のパターンを与える（図１（ｃ）参照）。次に、基板１０１１が所望のプロファイル１０１３にエッチングされる（例えば、ウェットエッチング又はドライエッチング）。一般的に、ウェットエッチングは、ドライエッチングよりも所望のプロファイルのために良好な制御を提供する。そして、第２物質１０３３がパターニングした基板１０１１上に堆積され（図１（ｆ）参照）、次いで、化学機械研磨プロセスで研磨されて、凹んだ基板領域内に残る（図１（ｇ）参照）。それが設計された医療器具である。そして、エッチングプロセスが医療器具１０４４をリフトオフすることに使用される（図１（ｈ）参照）。好ましくは、このエッチングプロセスは、医療器具１０４４に選択的であり（基板１０１１のためにより高いエッチングレート）、且つ、（第２物質１０３３への基板物質１０１１の高いエッチングレートのため）ウェットエッチング又は蒸気エッチングのいずれかを使用可能である。時には、医療器具のリフトオフを助けるため、基板１０１１のパターニングに続いて、第２物質１０３３の堆積の前にライナー物質１０５５を堆積可能である（図１（ｉ）参照）。堆積及び第２物質１０３３の研磨の後、選択的にライナー物質１０５５を除去することにエッチングプロセスを使用可能である（図１（ｊ）参照）。これにより、医療器具１０４４をリフトオフする（図１（ｋ）参照）。
【００５５】
図１（ｋ）は、医療器具１０４４の前端断面図であり（例えば、この場合では外科用ブレード）、図１（ｌ）は、医療器具１０４４の斜視図である。図１（ｌ）では、セクション１０６０がブレードベベルを表し、セクション１０６１が、カンチレバー又は操作部に取り付けるためのブレード領域を表す。
【００５６】
医療器具又は外科用ブレードの強化は、図１の残りに示されている。図１（ｇ）は、医療器具１０４４の前端断面視を与える。図１（ｍ）は、同じ医療器具１０４４の平面視を与える。
【００５７】
選択的に、ハードマスクが基板１０１１上に最初に形成されることができ、且つ、反応プロセスが基板表面に実行されて、次に基板１０１１との該反応を通して化合物層を形成する。一例は、シリコン基板の使用であり、シリコン基板が二酸化ケイ素表面層を形成するように（例えば酸素を含有する）スチームと化学的に（例えば酸化プロセスによって）反応可能であって、所謂鳥のくちばし形状を形成する。該形状は、プロセスチューニングを介して最適化可能であり、医療用途のための所望のプロファイルを生成する。
【００５８】
リソグラフィ及びエッチング（ウェット又はドライ）プロセスを通して、トレンチ１０７１を医療装置１０４４上に形成可能である。図１（ｎ）がトレンチ１０７１を有する医療装置１０４４の平面図であり、図１（ｏ）がその側方断面図である。
【００５９】
そして、追加物質１０７２がトレンチ状のブレード上に堆積され（図１（ｐ）参照）、そして、追加物質１０７２の平面化プロセスがこれに続き（図１（ｑ））、新しい強化された器具１０７３を生成する。新しい器具は、当初の医療器具１０４４のための基礎物質とは異なる物質１０７２で満たされたトレンチ１０７１を有する。そして、事前に１０４４として説明されたような同じエッチングプロセスに続いて、それをリフトオフ可能である。図１（ｒ）が強化された医療器具１０７３の側方断面図であり、図１（ｓ）が同じ強化された医療器具１０７３の斜視図を提供する。図１（ｓ）に示されるとおり、セクション１０７４が新しい強化されたブレード又は医療器具１０７３のベベルであり、他方、セクション１０７５が、カンチレバー又は操作部に取り付けるための領域である。
【００６０】
追加機能のために、追加物質１０７２を分析回路、信号生成回路、又はその両方にワイヤ接続可能である。追加物質１０７２が導電物質であるときに、それは組織の電気特性をセンシング（感知）可能である。追加物質１０７２が光学透過物質であるときに、それは光ファイバーとして機能して組織のイメージ情報を伝送可能である。追加物質１０７２が圧電物質である場合、それは組織の音響信号を感知及び伝送可能である。このセンシング及び伝送原理は、ブレードの切断エッジ（例えば、図１（ｔ）の１０８１及び１０８２）内に複数のプロ−ビング（探査）チャネルを運搬するように拡張可能であり、そして、ブレードが複数の信号を組織にパルス発信してフィードバック信号を感知することが可能である。
【００６１】
医療器具１０４４は、他の方法で強化可能である。図１（ｏ）に説明したとおり、トレンチ１０７１が形成され、そして、医療器具（ここでは１０９１）がリフトオフされる（図１（ｕ）参照）。図１（ｕ）は、医療器具の側方断面図であり、図１（ｖ）は、医療器具の前端断面図である。図１（ｗ）は、中空トレンチ１０９２を有する医療器具（ブレード装置）の斜視図であり、他方、図１（ｘ）は、トレンチ１０９３を有さない医療器具（ブレード装置）の斜視図である。トレンチ１０９２を有する医療器具及びトレンチ１０９３を有さない医療器具は、一緒に結合されて新しい医療器具１０９４を達成することができる（図１（ｙ）参照）。新しい器具１０９４は、チャネルを有するブレード、シリンジ又はチャネルを有するポンプであってもよい。それは、組織を貫通又は切断する間、物質（例えば、麻酔薬又は抗炎症薬）を組織内に注入し、組織から流体を収集することに使用可能である。
【００６２】
図２は、半導体処理技術を活用して先進の医療器具を製造するための本発明の方法の別例を示している。この例では、基板２０１１は、リソグラフィ及びエッチングプロセスを使用して最初にパターニングされる（図２（ａ）〜図２（ｃ）参照）。第２物質２０３３が、基板２０１１内の凹領域内に次に堆積され（図２（ｄ）参照）、基板の凹領域内のみにそれを残すように第２物質２０３３の化学機械研磨がこれに続く（図２（ｅ）参照）。そして、第３物質２０４４が堆積されて（図２（ｆ）参照）、リソグラフィ及びエッチングプロセスを使用してパターニングされる（図２（ｇ）参照）。次に、物質の別の層が堆積される。物質の層は、第２物質２０３３と同一であってもよく、新しい物質であってもよい。図２（ｈ）では、層２０４４上への堆積物質２０３３は、第２物質２０３３と同一である。（選択的に、別の例では、堆積物質２０３３が異なる物質であってもよい。）続いて、追加堆積層２０３３が化学機械研磨可能であり、層２０４４内の凹領域内のみに残って、所望の医療器具２０５５を形成する（図２（ｉ）参照）。最後に、医療器具２０５５が、例えばウェットエッチング又は蒸気エッチングによって基板２０１１及び物質２０４４からリフトオフされる（図２（ｊ）参照）。
【００６３】
本発明の製造方法は、広範囲の所望のプロファイル（形状）を有する医療器具を製造するために使用可能である。図１（ａ）〜（ｇ）に示したプロセスを活用することにより、様々なプロファイルの医療器具を得ることができる（例えば、図３（ａ）〜（ｃ）参照）。例えば、リソグラフィ及びエッチングプロセスを使用して、異なるプロファイルを得ることができる。ウェットエッチングの化学成分及びエッチング時間は変化可能であり、所望のプロファイルを達成すべく最適化される。例えば、より短いウェットエッチング時間又はより低い（基板の）エッチングレートを有するエッチングの化学成分は、結果として図３（ａ）に示されるプロファイルを生成する。他方、より長いエッチング時間又はより速い（基板の）エッチングレートを有する化学成分は、結果として図３（ｃ）に示される、湾曲したより深いプロファイルを生成する。
【００６４】
本発明の方法の別実施形態として、図４は、図２に開示した同様のプロセス及びフローを使用して製造可能な異なるプロファイルの３つの医療器具（４０５５、４０６６及び４０７７）を示している。
【００６５】
図５は、本発明の医療器具又は本発明の方法によって製造されたものが統合された医療装置を示している。図５（ａ）に示されているとおり、マイクロ手術システムは、マイクロブレード５００１、プロービングチャネル５００２、データワイヤリング５００３及び中央制御回路ユニット５００４を備える。システムは、５００５内にパッケージ化されて、構造的建造体を支持する。
【００６６】
センサは、プロービングチャネル５００２内に設置可能であり、生物学的対象の、電気、磁気、電磁気、熱、光学、音響、生物学、化学、エレクトロメカニカル、エレクトロケミカル、エレクトロオプティカル、エレクトロサーマル、エレクトロケミカルメカニカル、バイオケミカル、バイオメカニカル、バイオオプティカル、バイオサーマル、バイオフィジカル、バイオエレクトロメカニカル、バイオエレクトロケミカル、バイオエレクトロオプティカル、バイオエレクトロサーマル、バイオメカニカルオプティカル、バイオメカニカルサーマル、バイオサーマルオプティカル、バイオエレクトロケミカルオプティカル、バイオエレクトロメカニカルオプティカル、バイオエレクトロサーマルオプティカル、バイオエレクトロケミカルメカニカル、物理的又は機械的特性、あるいは、これらの組み合わせを検知する。制御回路は、マイクロエレクトロニクスモジュールを備え、以下に限定されないが、信号増幅器、プロセシングユニット及びメモリを含む。中央制御回路ユニット５００４によって収集された情報は、サーバーに伝送可能である。ジャイロメータ又はジャイロコンパスは、中央制御回路ユニット５００４内に選択的に設置可能であり、ブレードの位置を正確に追跡することができる。
【００６７】
複数のチャネルがブレードに統合可能であり、且つ、複数のブレードが１つにパッケージ化可能であるので、ブレードが、手術される組織の複数の特性を検知することができる。図５（ｂ）に示されているとおり、チャネル５０１０は、ブレード内に保存され、それはトンネル５００６によってマイクロドラッグコンテナ（微小薬剤容器）５００７に接続される。５００２の生物学的情報が中央制御回路ユニット５００４によって分析されるとき、薬剤が必要な場合、中央制御回路ユニット５００４が５００７に指示を与えて、特定の容量の薬剤を放出する。
【００６８】
本発明の詳細な説明とともに本発明を説明したが、前述の説明は本発明の範囲を限定することを意図しておらず、それは添付の特許請求の範囲によって定められる。他の実施例、利点、変形例、開示したプロセス及びプロセスフローの組み合わせ、及び、改変は、特許請求の範囲内である。ここに参照した全ての刊行物は、その全文において参照によってここに組み込まれる。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図１−５】
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【図１−６】
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【図１−７】
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【図１−８】
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【図１−９】
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【図１−１０】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図２−７】
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【図２−８】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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