(57)【要約】      （修正有）【課題】微細加工ろ過デバイス、微細加工デバイスを作る方法、及び微細加工ろ過デバイスの使用法の提供。【解決手段】本デバイス１００は、従来のろ過デバイスと比較して、２つの流体間で輸送抵抗特性が改善された拡散を行わせることができる。本デバイスは、支持体構造１０５の上に重なる多孔質膜１１５を含む複合構造を含むことができる。支持体構造は、修正された第１の流体の対流が、膜を通る第１の流体と第２の流体間の拡散輸送を改善することができるよう形成されたキャビティ１２５及び複数の凹部１３０を画成することができる。【選択図】図１
2019034300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが約１００ｎｍ未満の幅を有する複数の孔を備える平坦な膜部分と、
前記膜部分と結合した基板を備える支持体部分であって、前記基板が複数の厚い部分、及び隣接する厚い部分間にある第２の薄い部分において前記厚い部分間にある複数の凹部を含み、前記凹部が前記複数の孔の前記孔と通じる支持体部分と
を備える微細加工ろ過デバイス。
【請求項２】
前記基板の前記薄い部分が約１０μｍから約１００μｍの厚さを備える、請求項１に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項３】
前記基板の前記薄い部分が約２０μｍから約５０μｍの厚さを備える、請求項２に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項４】
前記基板と前記膜部分との間に追加の材料層をさらに備える、請求項１に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項５】
前記追加の材料層が誘電体材料を備える、請求項４に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項６】
それぞれが約１００ｎｍ未満の幅を有する複数の孔を備える平坦な膜部分と、
前記膜部分と結合した基板を備える支持体部分であって、前記基板が複数の厚い部分、及び隣接する厚い部分間にある第２の薄い部分において前記厚い部分間にある複数の凹部を含み、前記凹部が前記複数の孔の前記孔と通じる支持体部分と
を備えるろ過デバイスに流体を供出することと、
ろ過された流体を生成するために前記流体を前記平坦な膜部分上に流すことと、
前記ろ過デバイスから前記ろ過された流体を供出することと
を含む、微細加工ろ過デバイスを使用する方法。
【請求項７】
前記ろ過デバイスが、前記ろ過デバイスの前記膜部分と流体連通する第１のチャネル、及び前記ろ過デバイスの前記支持体部分と流体連通する第２のチャネルをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の流体を前記第１のチャネルを通って第１の流れの方向に流すことと、
第２の流体を前記第２のチャネルを通って前記第１の流れの方向と反対方向の流れの方向に流すことと、
前記第１の流体と前記第２の流体との間の前記膜部分を横切って溶質を輸送することと
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ろ過デバイスの前記膜部分を横切って等しい圧力を維持するように、前記第１及び第２の流体を、前記ろ過デバイスを通って送り出すことをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ろ過デバイスに前記流体を供出する前に追加の材料を前記第１の流体に組み込むことをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
高さが約１μｍ未満の厚さを有し、約１０ｎｍ未満の幅を有する複数の孔を画成する膜部分と、
前記膜部分と結合した基板を備える支持体部分であって、前記基板がキャビティ及び複数の凹部を少なくとも部分的に画成し、
前記キャビティが前記基板の裏面に位置し、前記複数の凹部と通じ、前記凹部が前記画成された孔と通じ、
前記複数の凹部が、任意の２つの凹部間に位置する前記基板の部分それぞれが約５０μｍ以下の高さを備えるように前記基板の部分によって画成される
支持体部分と
を備える、微細加工ろ過デバイス。
【請求項１２】
前記支持体部分が前記基板と膜部分との間に配置された少なくとも１つの追加の材料層をさらに備え、前記少なくとも１つの追加の層が前記凹部の一部分を画成する、請求項１１に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項１３】
任意の２つの凹部間に位置する前記基板の前記部分が約２０μｍ以上の高さを備える、請求項１１に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項１４】
前記複数の凹部が約１５０μｍ未満の直径を備える、請求項１１に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項１５】
前記基板が単一の均質の材料層を備える、請求項１１に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項１６】
前記キャビティが前記複数の凹部に向かって内側に傾斜する壁を備える、請求項１１に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項１７】
前記複数の凹部が約１００μｍ×約５０μｍの長さ×幅の寸法を備える、請求項１１に記載の微細加工ろ過デバイス。
【請求項１８】
半導体基板上に誘電体層を堆積させることと、
前記誘電体層上に第１の膜材料層を形成し、前記第１の膜材料層にパターンをエッチングすることと、
前記パターニングされた第１の膜材料層上に犠牲誘電体層を形成し、前記犠牲誘電体層上に第２の膜材料層を形成することと、
前記第２の膜材料層上に保護層を形成することと、
前記膜材料層まで延在しないキャビティを生成する第１のエッチング液プロセスによって前記基板をエッチングすることと、
前記基板の残りの部分を貫いて複数の凹部を形成する第２のエッチング液プロセスによって前記基板をエッチングすることと、
前記膜材料層を貫く孔を形成する前記犠牲誘電体層を除去する第３のエッチング液プロセスによって前記ろ過デバイスをエッチングすることであって、前記孔、凹部、及び前記キャビティの組合せが前記ろ過デバイスを貫く開口を生成するように、前記凹部へのアクセスを与えるエッチングをすることと
を含む、微細加工ろ過デバイスを作る方法。
【請求項１９】
前記第１のエッチング液プロセスがウェットエッチング液を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２のエッチング液プロセスが反応性イオンエッチを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
第１の流体をろ過デバイス内に供出することと、
高さが約１μｍ未満の厚さを有し、それぞれが約５０ｎｍ未満の幅を有する複数の孔を画成する膜部分を含む前記ろ過デバイス内に位置するろ過部材の前面を横切って前記第１の流体を流すことと、
前記膜部分と結合した基板を備える支持体部分を含む前記ろ過デバイス内に位置する前記ろ過部材の裏面を横切って第２の流体を流すことであって、前記基板がキャビティ及び複数の凹部を少なくとも部分的に画成し、
前記キャビティが前記基板の裏面に位置し、前記複数の凹部と通じ、前記凹部が前記画成された孔と通じ、
前記複数の凹部が、任意の２つの凹部間に位置する前記基板の部分それぞれが約５０μｍ以下の高さを備えるように前記基板の部分によって画成され、
ろ過された第１の流体を生成するため拡散輸送が前記第１の流体と第２の流体間で前記膜部分を横切って行われるように、前記第２の流体が前記キャビティを通って流れ、前記第２の流体を前記凹部に提供する、ことと、
前記ろ過デバイスから前記ろ過された第１の流体を移送することと
を含む、流体をろ過する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、ろ過デバイス、及びろ過デバイスを作製し、使用する方法に関する。より詳細には、本技術は、微細加工フィルタを作製し、使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ろ過デバイスは、不純物を取り除いた材料を提供するために様々なやり方で用いられる。技術の進歩とともに、影響を受けやすいプロセスでは、不純物を十分に取り除いた材料を提供することが必要とされる場合があり、したがって、改善されたフィルタが必要な場合がある。微細及び超微細加工を使用して、そうしたプロセスで用いられる細かなメッシュフィルタを生成することができる。しかし、フィルタの寸法が減少するにつれて、脆弱性などの製造上の問題、及び破損などの性能上の問題が増大する可能性がある。さらに、フィルタ孔の寸法が減少するにつれて、圧力勾配が使用可能なしきい値を超えて増加することがある。したがって、改善されたろ過デバイス、及びそうしたデバイスを作製する方法の必要性が生じる。これら及び他の要求が本技術によって対処される。
【発明の概要】
【０００３】
本技術による微細加工フィルタは、複数の孔を含む平坦な膜部分を含むことができる。複数の孔のそれぞれの孔は、約１００ｎｍ以下の幅を有することができる。デバイスは、膜部分と結合した基板を含む支持体部分をさらに含むことができる。基板は、複数の厚い部分、厚い部分間の複数の凹部、及び隣接する厚い部分間にある第２の薄い部分を含むことができる。凹部は、複数の孔の各孔と通じることができる。基板の薄い部分は、約１０μｍから約１００μｍの厚さによって特徴づけられてもよい。また、薄い部分は、約２０μｍから約５０μｍの厚さによって特徴づけられてもよい。微細加工ろ過デバイスは、基板と膜部分との間に追加の材料層をさらに含むことができる。開示した実施態様では、追加の材料層は、誘電体材料を含むことができる。
【０００４】
微細加工ろ過デバイスを使用する方法についても記載される。本方法は、ろ過デバイスに流体を供出することを含むことができ、ろ過デバイスは、複数の孔を含む平坦な膜部分を含むことができる。複数の孔のそれぞれの孔は、約１００ｎｍ以下の幅を有してもよい。デバイスは、膜部分と結合した基板を含む支持体部分をさらに含むことができる。基板は、複数の厚い部分、厚い部分間の複数の凹部、及び隣接する厚い部分間にある第２の薄い部分を含むことができる。凹部は、複数の孔の各孔と通じることができる。本方法は、ろ過された流体を生成するために流体を平坦な膜部分の上を流すことをさらに含むことができる。本方法は、ろ過デバイスからろ過された流体を供出することをさらに含むことができる。ろ過デバイスは、ろ過デバイスの膜部分と流体連通する第１のチャネル、及びろ過デバイスの支持体部分と流体連通する第２のチャネルをさらに含むことができる。本方法は、第１の流体を第１のチャネルを通って第１の流れの方向に流すことをさらに含むことができる。また、本方法は、第２の流体を第２のチャネルを通って第１の流れの方向と逆流する流れの方向に流すことを含むことができる。本方法は、第１の流体と第２の流体との間で膜部分を横切って溶質を輸送することをさらに含むことができる。本方法は、ろ過デバイスの膜部分両端間で等しい圧力を維持するように第１及び第２の流体を、ろ過デバイスを通って送り出すことをさらに含むことができる。また、本方法は、ろ過デバイスに流体を供出する前に第１の流体に追加の材料を組み込むことを含むことができる。
【０００５】
開示した技術は、高さが約１μｍ未満の厚さを有する膜部分を有し、約１０ｎｍ未満の幅を有する複数の孔を画成する微細加工ろ過デバイスをさらに包含する。ろ過デバイスは、膜部分と結合した基板を含む支持体部分をさらに含むことができ、基板が少なくとも部分的にキャビティ及び複数の凹部を画成する。キャビティは、基板の裏面内部に位置することができ、複数の凹部と通じることができ、各凹部が画成された孔と通じている。さらに、複数の凹部は、任意の２つの凹部間に位置する基板の一部分それぞれが約５０μｍ以下の高さを備えるように、基板の一部分によって画成されてもよい。ろ過デバイスの支持体部分は、基板と膜部分間に配置された少なくとも１つの追加の材料層をさらに含んでもよく、少なくとも１つの追加の層が凹部の一部分を画成してもよい。任意の２つの凹部間に位置する基板の一部分は、約２０μｍ以上の高さによって特徴づけられてもよい。複数の凹部は、約１５０μｍ未満の直径によって特徴づけられてもよい。微細加工ろ過デバイスの基板は、単一の均質な材料層によって特徴づけられてもよい。微細加工ろ過デバイス内に画成されたキャビティは、複数の凹部に向かって内側に傾斜する壁を含むことができる。微細加工ろ過デバイス内部の複数の凹部は、約１００μｍ×約５０μｍの長さ×幅の寸法によって特徴づけられてもよい。
【０００６】
また、微細加工ろ過デバイスを作るさらなる方法が開示される。本方法は、半導体基板上に誘電体層を堆積させることを含むことができる。本方法は、誘電体層上に第１の層の膜材料を形成すること、及び第１の膜材料層にパターンをエッチングすることをさらに含むことができる。また、本方法は、パターニングされた第１の膜材料層上に犠牲誘電体層を形成すること、及び犠牲誘電体層上に第２の膜材料層を形成することを含むことができる。また、本方法は、第２の膜材料層上に保護層を形成することを含むことができる。本方法は、膜材料の層まで延在しないキャビティを生成する第１のエッチング液プロセスによって基板をエッチングすることをさらに含むことができる。また、本方法は、基板の残りの部分を貫いて複数の凹部を形成する第２のエッチング液プロセスによって基板をエッチングすることを含むことができる。また、本方法は、膜材料層を貫く孔を形成する犠牲誘電体層を除去する第３のエッチング液プロセスによってろ過デバイスをエッチングすることを含むことができ、このエッチングによって、孔、凹部、及びキャビティの組合せがろ過デバイスを貫く開口を生成するように、凹部へのアクセスが行われる。第１のエッチングプロセスは、開示した実施態様においてウェットエッチング液を含むことができ、開示した実施態様において、第１のエッチング液プロセス及び第２のエッチング液プロセスは、反応性イオンエッチを含むことができる。
【０００７】
また、流体をろ過するさらなる方法が本技術によって包含され、第１の流体をろ過デバイスへ供出することを含むことができる。本方法は、高さが約１μｍ未満の厚さを有し、約１０ｎｍ未満の幅を有する複数の孔を画成する膜部分を含むろ過デバイスに位置するろ過部材の前面を横切って第１の流体を流すことをさらに含むことができる。また、本方法は、膜部分と結合する、少なくとも部分的にキャビティ及び複数の凹部を画成する基板を備える支持体部分を含むろ過デバイスに位置するろ過部材の裏面を横切って第２の流体を流すことを含むことができる。キャビティは基板の裏面に位置することができ、複数の凹部と通じることができ、凹部が画成された孔と通じている。複数の凹部は、任意の２つの凹部間に位置する基板の一部分それぞれが約５０μｍ以下の高さによって特徴づけられうるように、基板の一部分によって画成されてもよい。ろ過された第１の流体を生成するため第１の流体と第２の流体間で膜部分を横切って溶質移動が行われうるように、第２の流体は、キャビティを通って流れ、第２の流体を凹部に提供することができる。本方法は、ろ過デバイスからろ過された第１の流体を移送することをさらに含むことができる。
【０００８】
そうした技術は、従来の技法に比べて数多くの利点を提供することができる。例えば、開示したデバイスにおいて生成されるろ過孔の厚さが低減されることに基づいて、ろ過の改善を行うことができる。さらに、記載される作製プロセスによって製造の待機時間の低減をもたらすことができる。これら及び他の実施態様は、それらの利点及び特徴の多くとともに、以下の説明及び添付の図に関連して、より詳細に説明される。
【０００９】
開示した技術の本質及び利点についての理解は、本明細書及び図面を参照することによって達成されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本技術の実施態様により作製されたフィルタの断面図である。
【図２Ａ】本技術の実施態様による支持体構造に配置されうるような膜のアレイの上面図である。
【図２Ｂ】本技術の実施態様により作製されたフィルタの図２Ａの線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図３Ａ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図３Ｂ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図３Ｃ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図３Ｄ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図３Ｅ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図３Ｆ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図４】２つの流体間で拡散輸送を可能にする本技術の実施態様によるフィルタの例示的な使い方である。
【図５】本技術の実施態様によるフィルタを作製する方法の流れ図である。
【図６】本技術の実施態様によるフィルタを使用する方法の流れ図である。
【図７】フィルタ構造に関連づけられた拡散抵抗のグラフである。
【図８】本技術の実施態様により作製されたフィルタの裏面に沿った流体のモデル化された流れのグラフである。
【図９Ａ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図９Ｂ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図９Ｃ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１０Ａ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１０Ｂ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１０Ｃ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１１Ａ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１１Ｂ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１１Ｃ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１２Ａ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１２Ｂ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１２Ｃ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１２Ｄ】本技術の実施態様により生成された例示的な構造のＳＥＭ像である。
【図１３Ａ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１３Ｂ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１３Ｃ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１３Ｄ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１４Ａ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１４Ｂ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１４Ｃ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１４Ｄ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１５Ａ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１５Ｂ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１５Ｃ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１５Ｄ】本技術の実施態様によるフィルタを作る方法のある工程中のフィルタの断面図である。
【図１６】本技術の実施態様により生成された例示的な構造のＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図では、同様の構成要素及び／又は特徴部分は、同じ数字の参照ラベルを有することができる。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照ラベルの後に同様の構成要素及び／又は特徴部分を識別する文字が続くことによって識別されうる。本明細書において第１の数字の参照ラベルのみが用いられている場合は、その記述は、文字の接尾語に関係なく同じ第１の数字の参照ラベルを有する同様の構成要素及び／又は特徴部分の何れにも当てはまる。
【００１２】
本技術は、微細加工ろ過デバイス、そうしたデバイスを作る方法、及び微細加工ろ過デバイスの使い方を提供する。一例において、本ろ過デバイスによって、従来のろ過デバイスと比べて、２つの流体間で輸送抵抗特性が改善された拡散を行わせることができる。デバイスは、支持体構造の上に重なる膜を含む複合構造を含むことができる。支持体構造は、修正された第１の流体の対流が、膜を通る第１の流体と第２の流体間の拡散輸送を改善することができるよう形成されたキャビティ及び複数の凹部を画成することができる。
【００１３】
図１は、本技術の実施態様により作製された、微細加工フィルタ１００の断面図を示す。フィルタ１００は、基板部分１０５の上に重なる膜部分１１５を含む。フィルタは、様々な構成において膜部分１１５と基板部分１０５との間に追加の層１１０（一又は複数）を含むことができる。例えば、作製中のエッチング停止層、保護被膜、さらなる剛性又は柔軟性を与える構造部材などとして働く追加の層１１０が含まれてもよい。追加の層は、膜又は基板層と同じ若しくは異なる材料であってもよい。
【００１４】
膜１１５に対する支持体部分として働くことができる基板部分１０５は、微細加工で従来用いられているようなシリコンウェーハであってもよく、例えば、ミラー指数によって列挙されるような［１００］面配向を含む様々な結晶方位を有するシリコンウェーハであってもよい。基板は、厚さが４００μｍを有する１００ｍｍ径のシリコンウェーハであってもよいが、約７６ｍｍ以下、又は約１５０ｍｍ、約２００ｍｍ、約３００ｍｍ、約４５０ｍｍなどの、あるいはさらに大きな寸法を含む、より大きな若しくはより小さな径であってもよい。さらに、ウェーハの厚さは、ウェーハの径に対する慣例に基づいてもよいが、約４００μｍ未満、約６００μｍ、約７００μｍ、約９００μｍなどでもよく、又はさらに大きくてもよい。さらに、基板は、ゲルマニウム、周期表のＩＶ族元素、ガリウム砒素を含むＩＩＩ−Ｖ化合物、亜鉛テルルを含むＩＩ−ＩＶ化合物、ｐ及びｎドープされた化合物などであってもよい。
【００１５】
膜部分１００は、基板１０５又は中間層１１０上にミクロン又はナノ厚スケールで堆積若しくは成長させることができる任意の数の材料で形成されてもよい。例えば、膜の材料は、シリコン、ポリシリコン、炭化シリコン、ウルトラナノ結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド類似炭素、二酸化シリコン、ＰＭＭＡ、ＳＵ−８、ＰＴＦＥ、チタン、シリカ、窒化シリコン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリメチルメタクリラート、ポリスチレン、シリコン、又は様々な他の材料で作られてもよい。追加の層（複数可）１１０は、例えば窒化シリコンを含む、窒化物又は酸化物層などの誘電体材料、並びにエラストマー、あるいは金属、セラミック及びポリマーを含むフィルタ構造に強度並びに／又は剛性を与える材料を含む可撓性材料を含むことができる。
【００１６】
作製の最終段階には、孔１２０の生成又は形成が含まれてもよく、これらの孔１２０は、例えば、平坦な膜を含むことができる膜部分１１５から犠牲材料を除去することによって生成されてもよい。孔は、直線、正方形、円形、卵形、楕円形、又は他の形状を含む様々な形状であってもよい。一部の実施態様において、複数の超微細加工された孔は、１００ｎｍ未満、例えば、約５０ｎｍ、２０ｎｍ、１５ｎｍ、１０ｎｍ、７ｎｍ、５ｎｍ、３ｎｍ以下などの、又はさらに小さな幅を有する。一部の実施態様において、距離、例えば、複数の超微細加工された孔それぞれの間の平均の距離は、約５００ｎｍ未満であってもよく、約５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍ以下などであっても、又はさらに大きくてもよい。一部の実施態様において、超微細加工された孔の長さは、約２００μｍ未満であってもよく、１００μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、１０μｍ未満などであっても、又はさらに小さくてもよい。一部の実施態様において、複数の超微細加工された孔は、スリット形状を有する。一部の実施態様において、膜１１５は、１を超える孔を備え、各孔が単一の形状又は形状の任意の組合せを含む。一部の実施態様において、膜は、１を超える孔を備え、各孔のサイズがどの寸法も約１０から約１００μｍの範囲にあり、その寸法は、何れの特定の孔の形状においても同じである必要はなく、それぞれの孔は、単一のサイズ又はサイズの任意の組合せを含むことができる。さらに、それぞれの孔は、膜と膜との間で整列していてもよく、又は膜両端間で若しくは膜の内部で、様々なやり方で互いにオフセットされていてもよい。形成される孔のサイズは、ろ過デバイスが利用されうるプロセスによって規定されてもよい。例えば、デバイスが透析プロセスにおける拡散に使用される場合、孔は、イオン及び栄養素の拡散を行わせることが可能であってもよいが、アルブミン及び細胞物質が膜を通り抜けるのを実質的に阻止することができる。
【００１７】
フィルタの作製中に、孔１２０、並びに孔と通じる複数の凹部１３０、及びキャビティ１２５（一又は複数）を含むことができる開口を形成することができる。開口は、フィルタの裏面から、すなわち基板１０５を通って、膜構造へのアクセスを提供するように形成されてもよく、以下でより詳細に説明するように、機能膜のアレイ１１５を生成するように形成されてもよい。開口は、流体を輸送することができるキャビティ１２５を含むことができる。キャビティ１２５は、基板１０５の一部分によって形成されてもよく、キャビティの下方部を画成するより厚い支持体部分と比べて基板の薄い部分であってもよい分割部１３５によって分離された複数の凹部１３０、並びに基板１０５上方に位置する任意の中間の又は追加の層１１０へのアクセスを提供する。基板は、基板の裏面により近くに位置するより厚い部分、並びに基板の表面により近く位置するより薄い部分を含むことができる。より厚い部分は、基板全体にわたってキャビティ１２５を画成することができ、より薄い部分は、キャビティ１２５を画成する厚い部分と膜１１５との間に位置する複数の凹部１３０を画成することができる。流体がキャビティ１２５を通り抜けるとき、ろ過デバイスは、孔１１５及び凹部１３０を通り抜ける膜部分１１５両端間の拡散輸送を行わせることができる。キャビティ１２５は、図示するように、拡散凹部に向かって傾斜する壁を有することができる。そうした傾斜は、この構造を横切るように強いられた流体のより多くの層流を提供することによって、流動特性の改善をもたらすことができるが、他の実施態様では、この構造は、より直角に近い壁又は形状を有してもよい。キャビティを設けることによって、拡散凹部を貫く抵抗を低減させること、及び凹部を横切ってリフレッシュされた流体をより頻繁に提供することができることを含むいくつかの恩恵を提供することができる。例えば、ろ過デバイスは、拡散及び／又は限外ろ過を伴うことがある血液透析を含む流体ろ過プロセス中に使用されてもよい。拡散抵抗を低減させることによって、以下で説明するように、必要な膜表面がより少なくすることができる。さらに、基板全体にわたる流体の流れを改善することによって、使用される流体のリフレッシュ速度を改善することができる。
【００１８】
図２Ａは、本技術の実施態様による支持体構造上に配置することができる膜２０５のアレイ２００の上面図を示す。アレイは、分割部２１０によって分離された様々な構成の膜２０５を含むことができる。分割部２１０は、膜を横切って位置する孔を固定すること、並びに膜２０５に全体として構造的な支持を与えることを含むいくつかの利点を提供することができる。膜構造２０５は、数ミクロンほどの小さい、又は数ミリメートルほどの大きい長さを含むことができる基板の領域全体にわたってパターニングされてもよい。一部の実施態様において、基板の全表面が膜構造でパターニングされてもよく、あるいは全表面の一部が、例えば、厚さ又は構成の均一性を改善するためにパターニングされてもよい。
【００１９】
図２Ｂは、本技術の実施態様により作製されたフィルタの図２Ａの線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。この断面図は、必ずしも縮尺通りではなく、必ずしも基板の周辺に沿った位置であるわけでもない。一部の実施態様において、例えば、エッチング停止層を含む、より多い又はより少ない数の層が組み込まれてもよい。この図は、本明細書で開示した技術の範囲を限定することなくろ過デバイスの実施態様の構造を概念化する上で当業者を手助けするように意図されている。断面図は、膜部分２０５を貫いて形成された開口２１５の位置を示す。実際上、開口は、膜表面を貫いてアクセスが行われるように、基板の下側にパターン又はアレイとして形成されてもよい。開口２１５は、任意の形状又はサイズであってもよく、基板に沿って特定の間隔で形成され、デバイス全体にわたって確固としたろ過領域を提供するように特定の位置に利用可能な膜を生成することができる。開口は、膜を貫く孔（一又は複数）、拡散凹部、及びキャビティを含む部分として形成されてもよい。例示的な凹部は、約５００μｍ以下の径を有することができ、径は、実際の形状には無関係に任意の図形の端から端に引いた直線を指す。例えば、それぞれ５００μｍ未満の長さを有する矩形の凹部が形成されてもよい。凹部は、正方形、矩形、円形、楕円形など、又は他の幾何学的図形を含む任意の形状又は寸法であってもよく、基板寸法の限界値まで達することができる。例示的な凹部は、矩形であってもよく、約４００μｍ、３００μｍ、２００μｍ、１００μｍ、７５μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ以下などの、又はさらに小さな辺の長さを備えることができる。一実施態様において、凹部は矩形であり、約１２０μｍ×６０μｍの長さ×幅の寸法を有する。代替の凹部は、１００μｍ×５０μｍ以下の寸法を有してもよく、当業者には理解されるように、他の組合せを含むことができる。凹部の寸法は、膜、膜部分に用いられる材料などに、又はそれらの両端間に加えられる可能性がある圧力を含むいくつかの変数に依存してもよい。本技術の実施態様によるろ過デバイス内に形成される凹部は、本デバイスの構造によってもたらすことができる浸透性の向上により、一部の従来の凹部がなし得るよりも小さくすることができる。この特徴について、以下でさらにより詳細に説明する。
【００２０】
この断面図に示すような例示的な支持体構造２１０は、構造全体にわたって形成された残りの支持体構造２１０の下に位置する、拡散凹部２３０へのアクセスを提供するキャビティを示していない。凹部２３０は、基板の一部分を含む分割部２３５によって分離されてもよい。分割部２３５は、膜２０５に構造的な支持を与え、一方で輸送を行うことができる拡散凹部２３０も規定する。図２からわかるように、ろ過デバイスの全表面は、膜部分２０５によって構造化されてもよいが、膜の機能的な部分は、凹部が下に形成される領域によって規定されてもよい。膜の下に凹部を形成するプロセスによって、輸送を行うことができる経路又は開口が提供される。開口を形成するプロセスについて、図３Ａ−３Ｆに関連して以下で説明する。
【００２１】
図３Ａ−３Ｆは、本技術の実施態様によるフィルタを作るための方法のある工程中のフィルタの断面図を示す。前述したように、及び図３Ａに示すように、膜が形成される基板３０５を用意することができる。一例において、基板は、約１００ｍｍの径、約４００μｍの厚さを有するシリコン基板であるが、等価な効果がある異なる材料及び寸法の基板を使用することができる。保護酸化物又は窒化物層３１０を基板上に堆積させることができる。層３１０は、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、炭化シリコン、又は他の誘電体材料を含む他の何らかの材料の層、及び組合せを含むことができる。例えば、複数層の酸化物、酸化物と窒化物の複合層などが層３１０を形成することができる。さらに、層３１０に対して複数層を組み合わせて成長又は堆積させることができる。保護層３１０の厚さは、一例において約５μｍであってもよい。
【００２２】
あるいは、保護層は、約１０μｍ、７μｍ、４μｍ、３μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、４００ｎｍ、３００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍ以下などであっても、又はさらに小さくてもよい。ＬＰＣＶＤ及びＰＥＣＶＤを含むＣＶＤ、又は何らかの他の堆積手段によって保護層３１０を堆積させることができる。例えば、保護層を、熱プロセスによって成長させることができる。この保護層上に、一例において、ポリシリコンなどの第１の膜材料層３１５を堆積させることができる。同じ又は異なる堆積手段によって第１の膜材料を堆積させることができ、一例においてＬＰＣＶＤを含むことができる。第１の膜材料層の厚さは、一例において約５μｍであってもよい。あるいは、第１の膜材料層３１５は、約１０μｍ、７μｍ、４μｍ、３μｍ、２μｍ、１μｍ、７５０ｎｍ、５００ｎｍ、４５０ｎｍ、４００ｎｍ、３５０ｎｍ、３００ｎｍ、２５０ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２５ｎｍ、１０ｎｍ以下などであっても、又はさらに小さくてもよい。さらに別の実施態様では、使用する基板は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）であってもよく、基板の既存の材料上に保護層を追加的に堆積させなくてもよい。
【００２３】
図３Ｂは、膜材料層内の孔構造の形成を示す。孔構造は、膜材料を貫く孔を形成するために後で除去することができる犠牲材料を用いて形成されてもよい。孔構造３２０は、エッチングプロセス、又は他のリソグラフィプロセスによって形成されてもよい。第１の膜材料層３１５は、本明細書に記載されるような構造を生成するためのパターニングを形成することができる電子ビーム、遠紫外リソグラフィ、又は別のパターニング技法によって行うことができるフォトレジストを用いてパターニングされうる。レジストパターンは、反応性イオンエッチ又はウェットエッチプロセスによって第１の膜材料層３１５上に転写されてもよい。パターニングに続いて、犠牲層の材料が、パターニングされた第１の膜材料層３１５上に、又はその材料層内部に形成されてもよい。犠牲層は、２０ｎｍ未満の厚さであってもよい熱酸化によって成長させた酸化物であってもよい。あるいは、この層は、約１５ｎｍ、１０ｎｍ、７ｎｍ、５ｎｍ、３ｎｍ、１ｎｍ、５オングストローム以下などの、又はさらに小さな厚さを有してもよい。材料層は、成長させたとき、共形であってもよく、したがって、薄膜は、ＨＤＰＣＶＤを含むより共形性の強いプロセス、又は他の何らかの共形性の堆積処理によって形成されてもよい。層は、酸化シリコン、又は孔を生成するために後で膜部分から除去することができる任意の他の材料であってもよい。
【００２４】
犠牲材料の層は、後のフォトレジスト・パターニング及びエッチングを用いてある一定の領域が選択的に除去されてもよい。これによって、後の堆積中に第２の膜材料層を第１の膜材料層に固定するための領域を設けることができる。フォトレジストを除去した後に、第２の膜材料を堆積させて、固定キャビティ、並びに第１の膜材料内に形成されたトレンチ内及びトレンチ周囲の犠牲層のまわりの領域を埋めることができる。この材料は、前述したものと同じ又は異なる膜材料であてもよい。例えば、第２の膜材料もポリシリコンであってもよい。第２の膜材料層は、一例において約５μｍであってもよい。あるいは、保護層は、約４μｍ、３μｍ、２μｍ、１μｍ、７５０ｎｍ、６００ｎｍ、５００ｎｍ、４００ｎｍ、３００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍ以下などであっても、又はさらに小さくてもよい。第２の膜材料層は、少なくとも犠牲材料を露出するレベルまで平坦化され、それによって孔構造３２０を形成することができる。平坦化は、任意の研磨又はエッチング技法を用いて行われ、一例において反応性イオンエッチを含むことができる。さらに別の例において、固定部は、第２の膜材料を堆積させて平坦化を行った後に、形成され、埋められてもよい。あるいは、このプロセスは、さらなるリソグラフィ工程を行い、続いて、反応性イオンエッチなどの直接エッチングを行った後に、固定材料のための専用の堆積を行うことによって行われてもよい。
【００２５】
また、孔は、一連のパターニング及び堆積プロセスを行うことによってより高密度にパターニングされてもよい。例えば、膜材料の最初の堆積に続いて、上記したものと同様の第２のパターニング工程が行われてもよい。一旦第２のパターニングが行われると、追加の保護層を前述したような仕方で堆積することができる。追加の保護層の形成に続いて、膜材料の後の層は、必要な孔間隔の度合が実現されるように形成されてもよい。繰り返し処理によって、ライン・アンド・スペース・パターンを２０％以上低減させることができる。あるいは、繰り返し処理によって、ライン・アンド・スペース・パターンを約３０％、約４０％、約５０％、約５５％、約６０％、約６５％、約７０％、約７５％、約８０％、約８５％、約９０％以上など、又はさらに低減させることができる。一例において、後の一連のパターニング及び形成を行うことによって、最初の４５０ｎｍのライン／スペース・パターンのパターニングプロセスを１５０ｎｍ以下に低減させることができる。作製中に孔内部の保護材料を維持することによって、最終的なリリースが行われるまで、孔の完全性を維持することができる。
【００２６】
図３Ｃは、裏面プロセスに先立って、第２の保護層３２２が膜材料３１５上に施されることを示す。第２の保護層は、続いて行われるエッチング技法に応じて、酸化物、窒化物、又は別の化合物を含むことができる。例えば、水酸化カリウムエッチが行われる場合は、窒化物層を堆積させることができ、後のエッチングが、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドなどの窒素に対し選択性のある化学物質を含んでいる場合は、酸化物層を堆積させることができる。
【００２７】
図３Ｄは、ろ過デバイスの裏面上で行うことができる第１のエッチング液プロセスを示す。キャビティ３２５は、第１の保護層３１０のレベルまでは材料が除去されなくてもよい基板３０５を貫いてエッチングされてもよい。第１のエッチング液は、ウェットエッチング液であってもよく、このエッチング液は、例えば、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウム、バッファード・フッ化水素酸、ＥＤＰなどであってもよい。エッチングプロセスをいつ停止すべきかの判定は、残る基板の所望の厚さに基づいてもよい。第１のウェットエッチは、等方性、又は配向選択性、すなわち、異方性であってもよい。図３Ｄに示すように、例示的な第１のエッチングプロセスでは、ＫＯＨを使用して対流キャビティのための基板３０５の傾斜側面を生成する。ＫＯＨ、ＥＤＰ、及びＴＭＡＨを含むある一定のエッチング液が［１１１］配向に比べて［１００］配向に対して選択的なエッチング速度を示すため、対流キャビティを画成する傾斜壁を生成することができる。他の実施態様では、より異方性が強く、キャビティ壁の傾斜をほとんど又は全く生成しないエッチング液を使用することができる。さらに、反応性イオンエッチは、第１のエッチング液プロセスに対して行われてもよい。さらに、複数のキャビティを基板の底部全体にわたって形成することができる。一部の例において、キャビティは、基板全体にわたって非対称にエッチングされる。エッチングされた複数のキャビティは、同じ又は異なる寸法を有してもよい。一例において、一辺当たり約１ｍｍ以上であってもよい比較的正方形のキャビティがエッチングされてもよい。あるいは、キャビティは、一辺当たり約２ｍｍ、約３ｍｍ、約５ｍｍ、約７ｍｍ、約１０ｍｍ、約１２ｍｍ、約１５ｍｍ、約１７ｍｍ、約２０ｍｍなどであっても、又はさらに大きくてもよい。本明細書に記載されるような一辺当たりの寸法の何れかを有する代替の幾何学形状も基板のキャビティとしてエッチングされてもよい。
【００２８】
キャビティ３２５の形成に続いて、図３Ｅに示すような所望の凹部３３０を形成するために、基板の裏面にパターニングを形成することができる。パターニングは、キャビティ３２５の頂部の残っている露出した基板上に形成されてもよい。パターニングによって、前述したような何れかの形状及び寸法の窓を生成することができ、この窓を介して凹部のエッチングを行うことができる。拡散凹部を形成するため、例えば、１００μｍ×５０μｍの窓が、基板の底部全体にわたって様々なパターンで形成されてもよい。代替例において、窓は、２５０μｍ×５０μｍであってもよい。基板のサイズに応じて、多くのそうした窓が、窓と窓との間に残される材料の寸法及び幅に応じて形成されてもよい。例えば、１００ｍｍ径の基板上に、およそ１００μｍ×５０μｍの２０，０００を超える又はそれより多くの窓をパターニングすることができる。露出したときに膜に構造的な支持を与えるために、ある量の基板が各窓間に設けられてもよい。各窓間に残される基板の量は、各側面で約１００μｍ以下であってもよい。あるいは、各窓間に残される基板の量は、約８０μｍ、７０μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３５μｍ、３０μｍ、２５μｍ、２０μｍ、１７μｍ、１５μｍ、１２μｍ、１０μｍ、７μｍ、５μｍ、３μｍ、１μｍ、５００ｎｍ以下などであっても、又はそれよりも小さくてもよい。また、窓は、形成されるキャビティの寸法に基づいて他のパターンで形成されてもよい。例えば、１０ｍｍの正方形領域内部で記載されたプロセスによってキャビティがエッチングされ、窓が、例えば、約２５０μｍ×５０μｍの寸法を有する場合、この領域は、一例において１０００未満の窓を提供することができる。あるいは、この領域は、約１０００、約１２００、約１３００、約１５００、約１７００、約２０００、約２３００、約２５００、約２７００、約３０００、約３５００を超えるなどの、又はさらに多くの窓を提供することができる。
【００２９】
拡散凹部を形成するためのエッチングは、ドライエッチプロセスであってもよく、反応性イオンエッチング、又はボッシュ、あるいは他の深堀りエッチングプロセスを含むことができる。エッチングは、基板３０５表面上に初めに堆積させた第１の保護層３１０のレベルまで行われてもよく、それによってこの材料をエッチング停止層として使用する。エッチングが完了した後、拡散凹部の高さは、約１００μｍ未満であってもよい。あるいは、拡散凹部の高さは、約９０μｍ、８５μｍ、８０μｍ、７５μｍ、７０μｍ、６５μｍ、６０μｍ、５５μｍ、５０μｍ、４５μｍ、４０μｍ、３５μｍ、３０μｍ、２５μｍ、２０μｍ以下などであっても、又はさらに小さくてもよい。あるいは、さらに、拡散凹部の高さは、約１μｍ、２μｍ、３μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍ以上などであっても、又はさらに大きくてもよい。さらに別の代替形態では、拡散凹部の高さは、約０μｍと４００μｍ、０μｍと３００μｍ、０μｍと２００μｍ、０μｍと１００μｍ、１０μｍと８０μｍ、１０μｍと６０μｍ、２０μｍと６０μｍ、２０μｍと５０μｍ、３０μｍと５０μｍの間などであってもよい。拡散凹部３３０の高さを、約２０μｍを超えて、又はさらに大きく維持することによって、ろ過デバイス膜の作製中及び利用中の両方で、膜の完全性に影響することがある、改善された構造的な完全性をもたらすことができる。
【００３０】
図３Ｆは、第３のエッチングプロセスが行われた後の例示的な結果として得られたフィルタを示す。拡散凹部が形成された後、チップダイシングを含む機械的プロセスを行うことができる。ダイシングされたチップは、いかなる寸法であってもよく、基板に形成された各キャビティの寸法及び連続するキャビティ間のスペースの合計に基づいてもよい。例えば、各チップは、１０ｍｍ角であってもよい。この寸法に調整されたチップは、１０ｍｍ角未満のキャビティ、及び複数の窓を含む。次いで、所定のサイズにされた基板を第３のエッチング液を用いてエッチングし、第２の保護層３２２、並びに凹部を形成する第２のエッチングプロセスの結果として露出した第１の保護層３１０の部分を除去することができる。さらに、第３のエッチング液は、除去しようとする特定の材料に対して最適化された複数のエッチング液を含むことができる。例えば、窒化物と酸化物層の両方を除去しようとする場合は、リン酸洗浄に続いてフッ化水素酸洗浄を行うことができる。一旦これらの層が除去されると、第３のエッチング液は、孔３２７を露出するために孔構造３２０の犠牲材料も除去することができ、これによって開口が完成する。次いで、結果として得られたろ過デバイスをろ過のために利用することができる。第３のエッチング液は、例えば、ウェットエッチング液であってもよく、保護層及び犠牲層のそれぞれを溶かすことができるエッチング液であってもよい。一例において、フッ化水素酸が使用されてもよい。
【００３１】
チップがダイシングされ、孔が露出した後、膜チップ（一又は複数）を用いてフィルタを構築することができる。例えば、フィルタは、単一のチップから構成されてもよい。あるいは、利用可能なより大きな表面積の膜を有するフィルタを生成するために、数多くのチップが様々に組み合わせられてもよい。チップは、様々な形態で横方向に又は垂直方向に組み合わせられてもよい。一例において、一連のチップが２つの膜の間にチャネルを生成するように交互に対向する形態で積み重ねられてもよい。一連の平行なチャネルがこのように形成されてもよく、フィルタは、複数のこれらのチャネルから構成されてもよい。チャネルの間隔は、２つの膜の間隔によって規定されてもよい。一実施態様において、間隔は、２つの膜間が約１０００μｍであってもよく、同等の幅のチャネルを形成する。あるいは、形成されるチャネルは、幅が１０００μｍを超えてもよい。さらなる代替例において、間隔は、幅が約１０００μｍ未満であってもよく、約８００μｍ、約６００μｍ、５００μｍ、４００μｍ、３００μｍ、２５０μｍ、２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍ、５０μｍ、１０μｍ、１μｍ、８００ｎｍ、６００ｎｍ、５００ｎｍ、４００ｎｍ、３００ｎｍ、２５０ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ未満などであっても、さらに小さくてもよい。
【００３２】
横方向に積み重ねられるチップの数、及び垂直方向に生成されるチャネルの数は、特定のフィルタに必要なアクティブな膜表面積の合計に応じて変わってもよい。例えば、フィルタに含まれるチップの数に基づいてより多くの又はより少ない実効的な表面積を有するフィルタが形成されてもよい。フィルタに用いられるチップの数は、フィルタの必要な寸法によって、又はフィルタの必要な実効的な表面積によって決定されてもよい。一例示的なフィルタにおいて、単一のチップの長さを有するチャネルが形成される。チャネルは、すべての２つの膜が互いに向き合い、間に挟まれるチップが膜に関して互いに反対方向を向き、すなわち、チップの裏面が向き合うように、交互に対向する配向を含むことができる。例えば、２つのそうした一次チャネルを有するフィルタは、４つのチップを含むことができる。第１の流体用の一次チャネルは、チップの膜側の間隔によって形成されてもよく、第２の流体用の二次チャネルは、２つのチップの裏面間の間隔によって形成されてもよい。例示的な４つのチップに関して、１つの二次チャネルによって分割された２つの一次チャネルを形成することができる。他のフィルタは、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、５０、７５、１００、１５０、２００などよりも多くの、又は少ない、あるいはさらに多くのチャネルを含むことができる。さらに、チップの数は、ろ過のために必要な表面積に基づいてもよい。例えば、およそ０．１平方メートルのろ過膜面積が必要な場合、これは、横方向に及び／又は垂直方向に配列された数個又は数十個のチップから構築されうる。あるいは、膜材料の同じ実効的な表面積は、横方向にチップの数を増加させることによって与えられてもよい。例えば、一次チャネルは、２つのチップが横方向に配置され、別の横方向に配置された２つのチップに面する、４つのチップを用いて生成されてもよい。チップ／チャネルの他の多くの組合せを形成することができ、当業者は、上記に基づいてほとんどいかなるサイズ、形状、実効的な膜表面積、又はチャネル数のフィルタを構築するために、事実上無限の組のチャネル／チップの組合せを作ることができることを認識することができる。
【００３３】
図４は、一例示的なろ過使用法を示し、２つの流体間で拡散輸送を行わせることが可能な本技術の実施態様によるフィルタの使用法を示す。ろ過デバイス４００は、例えば、第２の流体を利用して流体をろ過するために、前述したように形成されたろ過部材を利用する。一例示的な事例は、血液透析を含む。そうしたプロセスでは、血液又は血漿であってもよい第１の流体４５０は、ろ過部材の膜部分４１５を横切って流れる。透析液であってもよい第２の流体４６０は、ろ過部材の下を流れ、基板４０５によって画成されたキャビティ４２５通って上方に流れることができる。各流体は、反対方向に流れてもよいだけでなく、並行して流れてもよい。１つ又は両方の流体は、例えば、第１の流体４５０に組み込まれたヘパリンを含む抗凝血剤などの追加の材料を流れに組み込んでもよい。流体は、自然に流れてもよく、又は追加のポンピング機構（図示せず）を用いてチャネルを通って送り込まれてもよい。２つの流体が流れるとき、２つの流体は、流体間の圧力勾配によって、又は圧力勾配なしで流れることができる。例えば、第２の流体４６０の静水圧は、第１の流体４５０から限外ろ過、すなわち自由水除去を行うため下げられてもよい。ろ過デバイス４００は、体外にあってもよく、又は生体内で使用するために生体適合性があってもよい。ろ過デバイスは、圧力、流量、温度、様々な化合物の濃度などを求めるためのセンサ（図示せず）をさらに含むことができる。流体がろ過部材を横切って流れるとき、溶質が膜４１５を横切り、孔４２０及び拡散凹部４３０を通り抜けて何れかの方向に拡散するように濃度勾配が存在してもよい。そうした濃度勾配によって、第１の流体が老廃物を放出する、又は第２の流体から栄養素を受け取ることが可能であってもよい。第２の流体４６０は、基板４０５に流れ込んでキャビティ４２５に流入し、このキャビティ４２５によって拡散を行わなければならない距離を低減させることができ、この領域内でより容易に第２の流体４６０をさらにリフレッシュすることができる。拡散交換が行われた後、第１の流体は、ろ過された流体として、第１の流体が作り出された場所、例えば患者などに戻されてもよい。
【００３４】
図５は、本技術の実施態様によるフィルタを作製する方法５００の流れ図を示す。本方法は、薄層化中のエッチング停止層を生成するため、基板上に誘電体層を堆積させること５１０を含むことができる。誘電体層は、下流のプロセスから基板を保護することができる酸化物、窒化物、若しくは他の何らかの材料、及び／又は上流のプロセスにより誘電体層上に堆積させた材料であってもよい。誘電体層上に多孔質膜の少なくとも一部になる第１の膜材料層が形成されてもよい（５１５）。第１の膜材料は、ポリシリコンを含むシリコンを主成分としてもよく、あるいはある程度の柔軟性又は剛性を含むことができる特性のために選ばれる金属、セラミック、及びポリマーを含む他の何らかの材料であってもよい。
【００３５】
第１の膜材料は、孔構造を構築することができるパターンを形成するために、リソグラフィ・パターニングプロセスを含むことができる反応性イオンエッチ又は他の何らかのエッチングプロセスによってエッチングされてもよい（５２０）。犠牲誘電体層は、パターニングされた第１の膜材料上に形成され、後で形成されるような孔構造を生成することができる（５２５）。犠牲層は、第１の膜材料上に熱的に成長させた酸化物若しくは窒化物、又は他の材料であってもよい。犠牲層は、例えば、約１０ｎｍ、７ｎｍ、５ｎｍ、３ｎｍ、１ｎｍなどであっても、又はさらに小さくてもよい最小の厚さの実質的に共形の膜を生成することができる他の何らかの堆積方法によって成長させられてもよい。第１の膜材料及び犠牲誘電体層上に第２の膜材料を形成することができる（５３０）。第２の膜材料は、第１の膜材料と同様の又は異なる材料であってもよく、一例において、ポリシリコン、又は他の何らかの金属、セラミック、又はポリマー材料であってもよい。さらに、第２の膜材料は、相対的な柔軟性、剛性、耐腐食性などを含む、材料の特定の性質又は特性に基づいて選ばれてもよい。
【００３６】
ろ過デバイスのエッチング又はさらなる処理に先立って、膜材料上に保護層を形成することができる（５３５）。保護層は、後の処理工程で使用される可能性があるエッチング液に対して耐性があるように選択されてもよく、後のエッチングプロセス中に除去されない酸化物、窒化物又は他の何らかの材料であってもよい。基板の裏面からキャビティ（一又は複数）を生成するように、第１のエッチング液によってろ過デバイスをエッチングすることができる（５４０）。一実施態様において、単一のキャビティが基板全体の端から端まで形成されてもよい。キャビティは、基板を一部分のみ貫いて延在するように形成されてもよく、基板上に初めに堆積させた保護誘電体材料のレベルまで達しなくてもよい。キャビティは、基板のある一定の割合の距離を貫いて延在してもよく、この割合は、約１００％未満であり、約９９％、９８％、９７％、９６％、９５％、９４％、９３％、９２％、９１％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％、６５％、６０％、５５％、５０％、４５％、４０％未満などであっても、又はさらに小さくてもよい。あるいは、保護層は、保護層の下に残る基板の一部分によって分離される１を超えるキャビティを形成することができるように、基板の裏面上で選択的にさらにパターニングされてもよい。第１のエッチング液は、ウェット又はドライエッチング液であってもよく、一例においてＫＯＨ又はＴＭＡＨであってもよいウェットエッチング液であり、別の実施態様では、反応性イオンエッチを含むドライエッチング液である。
【００３７】
残りの基板材料を貫いて凹部を画成するように第２のエッチングを行うことができる（５４５）。第２のエッチングは、残る基板全体を貫いて、基板上に以前形成された誘電体材料の層まで行われてもよい。第２のエッチングは、第２のエッチングを行うことができる窓を画成するための事前のパターニングを含むことができる。窓は、様々な幾何学形状であってもよく、結果として得られる凹部が膜層へのアクセスを提供することができる。第２のエッチングは、ウェット又はドライエッチであってもよく、基板上に堆積させた誘電体層のレベルまで、又はそのレベルを通りすぎて延在する深堀り反応性イオンエッチプロセスを含む、反応性イオンエッチによって行われる実質的に異方性のエッチングであってもよい。
【００３８】
保護層及び露出した誘電体層を除去するために第３のエッチングを行うことができる（５５０）。また、このエッチングは、材料の犠牲層を除去し、それによって膜材料層を貫く孔を露出させることができる。第３のエッチングは、ウェット又はドライエッチングであってもよく、一例において、フッ化水素酸エッチであってもよい。孔を露出させた後、第１、第２、及び第３のエッチングプロセスによって形成された少なくとも１つの孔、関連づけられた拡散凹部、及びキャビティを含む複数の開口が存在することがきる。
【００３９】
図６は、本技術の実施態様によるフィルタを使用する方法６００の流れ図を示す。本方法は、第１の流体をろ過デバイスへ供出すること（６１０）を含むことができる。ろ過デバイスは、第１及び第２の流体のためのチャネル、並びにこのチャネル内で流体をろ過することを可能にするろ過部材を含むことができる。第１の流体は、数多くの孔が内部に形成された膜を有することができるろ過部材の前面を横切って導かれ、流され、又は送り出される（６１５）。孔は、いかなる形状及びサイズであってもよく、膜部分を貫いて形成されたスライス又はスリットであってもよい。第２の流体は、ろ過部材の裏面を横切って流れてもよく（６２０）、ろ過部材支持体構造の裏面に形成されたキャビティ内に、及び膜部分、及び孔へのアクセスを提供する複数の凹部を横切って流入することができてもよい。第１及び第２の流体がろ過部材を横切って流れるとき、流体間の拡散輸送が何れかの又は両方の方向で行われうる。この輸送は、流体間の溶質の濃度勾配に基づくことができる。拡散輸送が輸送の唯一の利用可能なメカニズムとなるように、流体は、流体間に正味ゼロの圧力勾配を有してもよい。あるいは、一部の実施態様では、流体間の誘起された圧力勾配により、水が膜を横切って第１の流体から第２の流体に移送されてもよい。拡散プロセスによって、結果としてろ過された第１の流体を得ることができ、次いでこの第１の流体がろ過デバイスから移送されてもよい（６２５）。
【００４０】
図６によって記載された方法に対する代替の実施態様は、上記のように製造された、いくつかの膜チップを含む生体内の血液透析デバイス向けである。このデバイスは、血液ろ過又は限外ろ過を行うこともできる。ろ過デバイスは、前述した複数の１ｃｍ角チップの構造を用いて構築されてもよい。チップをろ過デバイス内部で配向させ、前述したようなチャネルを生成することができ、その結果、第１の流体を２つのチップの前面によって形成されるチャネル間を、又は膜を横切って流すことができ、第２の流体を２つのチップの裏面によって形成されたチャネル間を、又は基板内に形成されたキャビティを通って膜裏面を横切って流すことができる。２つの流体は、移送が膜を横切ってのみ行われうるようにチップによって互いに流体の状態で分離されていてもよい。形成されたフィルタは、生体適合性のあるハウジング内に収容され、体内に埋め込まれてもよい。動脈接続部を介してろ過デバイスに血液を供出し、静脈接続部に血液を戻すために、接続部が内部に作られてもよい。あるいは、移植、フィステル、カニューレ又は他の何らかの接続部を使用して内部接続部の数を減らすことができる。第２の流体は、外部源からろ過デバイスに供出されてもよく、内部にアクセスを提供するポート、カテーテル、又は他の何らかのデバイスを介して体を通ってデバイスに供出されてもよい。一旦デバイスを通過すると、第２の流体は、同じポート又はカテーテルを介して、又は副次的なポート又はカテーテルを通って戻されてもよい。第２の流体は、連続的なループでデバイス中を流れてもよく、又は使用のためにある期間注入され、その後排液処理されてもよい。ポンプを含む追加のデバイスが、体内、又は体外に同様に配置されてもよく、ろ過デバイスに直接組み込まれてもよい。同様に、血糖値を含む追加の数量的データとともに任意の数の生物学的統計をモニタリングするために、デバイス内部に、又はデバイス外部にセンサが配置されてもよい。
【００４１】
図６で説明したように、血液であってもよい第１の流体は、体内の内部接続部を介してろ過デバイスへ供出される（６１０）。第１の流体は、膜前面上を、デバイスを通って流れる（６１５）。この流れ（６１５）は、第１の流体を前述したような一連のチャネルを通過させるデバイスを通り抜ける循環路をさらに含むことができる。あるいは、この流れを、単一の出口に戻す前に数多くのチャネル全体にわたって分散させる。第２の流体は、膜の裏面を横切って流れ（６２０）、第１の流体を膜の裏面上の一連のチャネルを通過させるデバイスを通り抜ける循環路を介してさらに流れることができる。第２の流体を、第１の流体と同様に単一の出口に戻す前に数多くのチャネル全体にわたって分散させてもよい。第１及び第２の流体は、流体間の移送が膜を通って行われうるように循環路によって流体の状態で分離されていてもよい。第１及び第２の流体は、ろ過デバイスの膜部分両端で等しい圧力を維持するようにろ過デバイスを通って送り出されてもよい。第１の流体は、ろ過デバイスから流れ出て（６２５）、又は送り出されて、体の静脈系に戻ることができる。
【００４２】
図７は、フィルタ構造に関連づけられた拡散抵抗のグラフを示す。評価は例示的なろ過デバイスを貫く相対抵抗を求めるために行われた。評価したデバイスには、一辺が１ｃｍの横寸法を有する６つのチップが含まれていた。各チップは、４００μｍ厚の基板上に０．５μｍ厚の膜を有していた。図の左側に示すように、例示的なフィルタ構造は、基板７０５上に膜７１５を備える。図示するように、距離は、基板の底部から膜構造の底部までの距離に対してＡからＢとして表される。また、距離は、膜構造の底部から膜構造の頂部までの距離に対してＢからＣとして表される。したがって、距離ＡからＣは、拡散が例示的なろ過デバイスに対して進むことができる距離を示す。関連づけられたチャートは、Ｘ軸の左端によって表されるように、点Ａから、Ｘ軸の右端によって表されるように、点Ｃまでの濃度勾配を示す。屈曲点７１７は、点Ｂ、すなわち膜と基板との界面を表す。図に示すように、濃度勾配の５％のみが点ＢとＣの間で、又は膜両端間で生じる。濃度勾配の９５％、したがって、輸送抵抗の９５％は、基板によって生じる。チャネルを通り抜ける化学種の拡散抵抗は、化学種に対する拡散係数とチャネルの断面積の積で割ったチャネルの長さの関数としてモデル化することができる。したがって、長さが増加するとともに、又は面積が減少するとともに、抵抗は比例して増加する。したがって、拡散チャネルの長さを低減させることによって、拡散抵抗が比例して減少することを予期することができる。言い換えれば、システムが同一レベルの抵抗を許容することができる場合、拡散輸送の長さを低減させることによって、同程度の機能を提供するために、面積の低減を活用することができる。
【００４３】
図８は、本技術の実施態様により作製されたフィルタの裏面に沿った流体のモデル化された流れのグラフを示す。流体は、ろ過デバイスの裏面に形成されたキャビティに流れ込み、流体を拡散凹部８３０に供出する。多孔質膜８１５とともに拡散凹部８３０によって、この流体と、膜８１５の頂部側全体にわたって流れることができる追加の流体との間で拡散輸送が可能となる。流体を供出することができるキャビティを設けることによって、拡散凹部８３０の近くで流体移送のリフレッシュ速度を改善することができる。さらに、拡散が生じる距離が低減されるため拡散輸送を改善することができ、距離の低減に付随してシステムの輸送抵抗の低減を行うことができる。
【００４４】
図９に目を向けると、本技術の実施態様による例示的なフィルタ構造の断面図が示されている。図は、フィルタ構造の裏面エッチングを行うためのさらなるプロセスを示す。他の構造に関して前述したような工程の一部又はすべてが図示するようなプロセスに組み込まれてもよい。図９Ａは、前面の処理が行われた後のフィルタ構造の一部分を示す。基板９０５は、上を覆う保護酸化物９１０、並びに画成された孔を含む高分子材料９１５を含むことができる。材料は、他の構造に関して前述したような材料の何れをも含むことができる。さらに、高分子材料９１５の孔は、前述したような構造又は寸法の何れをも含むことができる。前面の処理が完了した後、図示するように、裏面保護層９２０を形成し、パターニングすることができる。保護層９２０は、前述したような材料の何れをも含むことができ、層９１０と同様の又は異なる酸化物層を含むことができる。裏面層９２０のパターニングは、前述したようにフィルタ膜へのアクセスを実現することができる凹部領域を画成するように行われてもよく、凹部領域の形成に先立って、又は形成中に形成されることになるキャビティ構造を特に画成してもよい。凹部は、前述したような寸法又は幾何学形状の何れであってもよく、例えば、約１０ｍｍ×１０ｍｍ以下であってもよく、例えば、８ｍｍ×８ｍｍ、６ｍｍ×６ｍｍ、４ｍｍ×４ｍｍ、２ｍｍ×２ｍｍなどであっても、又はさらに小さくてもよい。
【００４５】
裏面層９２０がパターニングされた後、追加の材料層９２５を裏面構造上に形成することができる。材料９２５は、前述した材料の何れであってもよく、例えば、レジスト層であってもよい。材料層９２５は、最終的なフィルタの凹部又は窓層を画成するために、裏面層９２０のパターニングによって画成されたキャビティ領域上に、及びキャビティ領域内部に形成されてもよい。窓の所望の寸法決めに応じて、材料層９２５の位置決めをそれに応じて調整することができる。画成される窓は、前述したような寸法の何れであってもよく、最終的なフィルタにおいて役立ちうるような様々な幾何学形状であってもよい。例えば、窓は、第２の寸法よりも長い第１の寸法を有する矩形として画成されてもよい。第１の寸法及び第２の寸法の何れか又は両方は、開示した実施態様において約５００μｍよりも大きくても、又は小さくてもよい。あるいは、第１の寸法及び第２の寸法の何れか又は両方は、約４００μｍ、３００μｍ、２５０μｍ、２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２５μｍ、１５μｍ、１０μｍ、５μｍ以下などであっても、又はさらに小さくてもよい。例えば、第１の寸法は、約３００μｍ以下であってもよく、第２の寸法は、約１００μｍ以下であってもよい。
【００４６】
図９Ｂに示すように、パターニングされた酸化物層９２０上に、並びに画成された凹部領域内部にレジスト９２５を堆積させることができる。基板層９０５の裏面をエッチングするためにエッチングプロセスを行うことができる。エッチングは、前述したようなプロセスの何れかによって行うことができ、例えば、ＤＲＩＥエッチであってもよい。ＤＲＩＥエッチは、窓部分間で必要とされる最終的な支持体構造の長さを画成するためにある深さまで行われてもよい。例えば、最初のエッチングが深く行われるほど、残る支持体構造はより厚くなる。このエッチングは、約５μｍよりも大きい又は小さい深さまで行われてもよく、約１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７５μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１２５μｍ、１５０μｍ、２００μｍ以上などで、又はさらに大きく行われてもよい。必要なエッチング深さに達した後、エッチングプロセスを停止することができ、材料層９２５を剥離することができる。露出した基板９０５は、基板９０５の領域がエッチングプロセスに曝されるのを防ぐ材料層９２５のために凹部領域内部に階段状の構造を含むことができる。前のエッチングプロセスと同様の又は異なる第２のエッチングプロセスを行うことができる。例えば、第２のＤＲＩＥエッチを酸化物９１０の層まで行うことができる。このエッチングプロセスは、基板９０５の表面全体にわたって均一でありうるので、階段状の構造を酸化物層９１０のレベルまで維持することができる。したがって、材料層９０５によって初めに保護されていた階段は、エッチングプロセスの完了時に唯一残っている材料であってもよい。次いで、最終的な仕上げが行われ、酸化物層９１０の露出領域を除去することができ、次いで、残る基板部分９０７によってさらに保護し、支持することができるフィルタ領域を露出させることができる。
【００４７】
図１０に目を向けると、本技術の実施態様による例示的なフィルタ構造の断面図が示されている。図は、フィルタ構造の裏面エッチングを行うためのさらなるプロセスを示す。他の構造に関して前述したような工程の一部又はすべてが図示するようなプロセスに組み込まれてもよい。基板１００５は、上に重なる保護酸化物１０１０、並びに画成された孔を含む高分子材料１０１５を含むことができる。材料は、他の構造に関して前述したような材料の何れをも含むことができる。さらに、高分子材料１０１５の孔は、前述したような構造又は寸法の何れをも含むことができる。前面の処理が完了した後、図示するように、裏面保護層１０２０を形成し、パターニングすることができる。保護層１０２０は、前述したような材料の何れをも含むことができ、層１０１０と同様の又は異なる酸化物層を含むことができる。保護層１０２０は、図１０Ａに示すような大きな及び小さな開口の両方を含むようにパターニングされてもよい。小さな開口は、開示した実施態様において、材料１０２０の各部分間に約１μｍ以下から約１００μｍ以上の間隔を含むことができる。間隔は、約５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍ、６５μｍ、７０μｍ、７５μｍ、８０μｍ、８５μｍ、９０μｍ、９５μｍ、１００μｍなどよりも小さくても大きくてもよく、又はさらに大きくてもよい。
【００４８】
エッチングプロセスを行い、基板１００５の露出した領域を除去することができる。エッチングプロセスに対するエッチング停止として酸化物層１０１０を使用することができる。前述したエッチングプロセスの何れをも行うことができ、前述したようにＤＲＩＥエッチが行われてもよい。大きい及び小さい開口の両方を形成する保護層１０２０のパターニングを使用して、アスペクト比依存エッチング速度、又はＡＲＤＥとして知られている自然現象を活用することができる。この現象によって、より小さい面積の凹部をより大きな領域よりもゆっくりとエッチングすることができる。したがって、より大きな領域が層１０１０までエッチングされたとき、領域１００７などの、層１０２０内のより小さな開口間の領域は、酸化物層１０１０の層までエッチングされないことがある。ＤＲＩＥエッチは、異方性エッチであってもよく、保護層１０２０の下の領域にエッジが食い込む影響を受けずにすむ。続いて等方性エッチを行い、領域１００７周囲の残っている柱状構造をアンダーカットして、露出したフィルタ部分間に支持体領域１００７を残すことができる。等方性エッチは、先に論じたような任意のウェット又はドライエッチであってもよく、例えば、ＳＦ６処理であってもよい。等方性エッチは、図１０Ｃに示すように、支持柱１００８をさらにアンダーカットする可能性がある。したがって、各チップに対してキャビティのまわりに十分な支持体構造を確かなものとするために、このアンダーカットを最初のマスキングプロセスで相殺することができる。そうしたプロセスの恩恵は、１つの裏面マスクのみが必要とされてもよく、それによって待機時間を低減することができるということである。
【００４９】
図１１に目を向けると、本技術の実施態様による例示的なフィルタ構造の断面図が示されている。図は、フィルタ構造の裏面エッチングを行うためのさらなるプロセスを示す。他の構造に関して前述したような工程の一部又はすべてが図示するようなプロセスに組み込まれてもよい。基板１１０５は、上に重なる保護酸化物１１１０、並びに画成された孔を含む高分子材料１１１５を含むことができる。材料は、他の構造に関して前述したような材料の何れをも含むことができる。さらに、高分子材料１１１５の孔は、前述したような構造又は寸法の何れをも含むことができる。前面の処理が完了した後、裏面保護層１１２０は、図示するように形成され、パターニングされてもよい。保護層１１２０は、前述したような材料の何れをも含むことができ、層１１１０と同様の又は異なる酸化物層を含むことができる。保護層１１２０は、図１１Ａに示すような大きな及び小さな開口の両方を含むようにパターニングされてもよく、これらの開口は、先に論じたような寸法の何れをも含むことができる。保護層１１２０は、プロセス中に生じる可能性のある予期される除去を相殺するように形成されてもよい。層１１２０は、例えば、約１μｍ以上の厚さに形成された低温酸化物であってもよく、約２μｍ、５μｍ、７μｍ、１０μｍ以上の厚さなどであっても、又はさらに大きくてもよい。この材料は、行われるエッチングプロセスに基づいて、シリコン基板などの基板１１０５に対して既知の選択性を有することができる。例えば、低温酸化物は、ＤＲＩＥエッチプロセスなどのエッチングプロセスに対してシリコンと比較して約１００：１の選択性を有することができる。
【００５０】
パターニングされた保護層１１２０上に、並びに露出した凹部領域内部に追加の層１１２５を形成することができる。図示するように、例えば、材料１１２５の部分間のより大きな、又はより小さな領域を形成することができる。層１１２５は、前述した層の何れであってもよく、例えば、レジスト層であってもよい。最初のエッチングは、第１の深さまで行われてもよく、この深さは最終的な支持体構造に対する所望の厚さに基づいてもよい。第１のエッチングは、実質的に異方性エッチであってもよく、例えば、ＤＲＩＥエッチであってもよい。第１のエッチングは、基板１１０５を貫いて第１の深さまで行われてもよく、第１の深さは、開示した実施態様において、約１μｍ以上であってもよく、約２μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、５０μｍ以上などであってもよく、又はさらに大きくてもよい。第１の深さに達した後、エッチングプロセスを停止することができ、レジスト層１１２５を基板及び上に重なる保護層１１２０から剥離することができる。次いで、エッチングプロセスを保護層１１１０のレベルまで再開することができ、この保護層が再びエッチングプロセスに対するエッチング停止として働くことができる。記載された他のプロセスに関して先に説明したように、基板１１０５の露出した凹部領域全体にわたって形成された階段状の構造は、層１１１０のレベルまでエッチングプロセス全体を通して維持されうる。行われるエッチングプロセスに応じて、エッチングは、保護層１１２０にさらに影響を及ぼすことがあるが、例えば、シリコンと比較した酸化物に対する選択性、並びに堆積させた最初の保護層１１２０の量に基づいて、保護層１１２０は、キャビティ構造を保護、又は維持するように、処理中に完全には除去されることはない。以前の手法と同様に、このプロセスは、行われる可能性のあるエッチングの数及びタイプを低減させることができ、デバイス作製中の全体的な待機時間を同様に低減させることができる。
【００５１】
代替の実施態様では、保護層１１２０の形成に先立って、又は代わりに、レジスト層１１２５を形成し、大きい及び小さい分割領域に関してパターニングすることができる。最初のエッチングは、基板１１０５内部の第１の深さまで前述したようにレジスト層１１２５全面にわたって行われてもよい。次いで、エッチング層１１２５を剥離することができる。凹部領域内部に以前形成された階段状の構造を露出させたままで、凹部領域間の支持体構造上に追加のレジスト層を形成することができる。開示した実施態様では、追加のレジストは、後のエッチングプロセスのオーバ露光が可能となるように完全には支持体構造をカバーしなくてもよい。次いで、後のエッチングは、例えば、基板１１０５の階段状の構造内の形成されたキャビティ内部に残ることがある溜まったレジストを除去することができてもよい。例えば、ＵＶ露光を使用して階段状の構造内部に残る望ましくないレジストを除去することができる。次いで、図１１Ｃに示すように、基板１１０５の露出した階段状の構造を保護層１１１０のレベルまで除去するために、ＤＲＩＥエッチなどのエッチングプロセスを行うことができる。次いで、仕上げプロセスを行う前に、すべての残るレジストを最終のフィルタ構造から剥離することができる。追加の酸化物層が必要でない可能性があるため、そうしたプロセスが有利となる場合がある。そうした層は、形成するのに追加の又は実質的な時間を必要とするため、そうした層をプロセスから除去することによって待機時間をさらに改善することができる。
【００５２】
図１２に目を向けると、本技術の実施態様による例示的なフィルタ構造の断面図が示されている。図は、フィルタ構造の裏面エッチングを行うためのさらなるプロセスを示す。他の構造に関して前述したような工程の一部又はすべてが図示するようなプロセスに組み込まれてもよい。基板１２０５は、上に重なる保護酸化物１２１０、並びに画成された孔を含む高分子材料１２１５を含むことができる。材料は、他の構造に関して前述したような材料の何れをも含むことができる。さらに、高分子材料１２１５の孔は、前述したような構造又は寸法の何れをも含むことができる。前面の処理が完了した後、図示するように、裏面保護層１２２０を形成し、パターニングすることができる。保護層１２２０は、前述したような材料の何れをも含むことができ、層１２１０と同様の又は異なる酸化物層を含むことができる。保護層１２２０は、基板１２０５を貫く複数のアクセス領域を提供するようにパターニングされてもよく、このアクセス領域が前に列記したような寸法の何れをも有することができる。保護層１２２０は、前述したような様々な厚さであってもよく、開示した実施態様において約１０Å以上であってもよく、さらに、約２５Å、５０Å、７５Å、１μｍ、２μｍ、５μｍ以上などでもよく、又はさらに大きくてもよい。後のエッチングプロセスからこれらの領域を保護するために、レジスト層１２２５、すなわち追加の保護層をエッジ支持体上に形成することができる。レジスト層１２２５は、レジスト層１２２５が置かれる保護層１２２０の対応する部分と同様の寸法であってもよく、例えば、露出した凹部のエッジ領域の除去ができるようにわずかに小さくてもよい。
【００５３】
前述したようなエッチングプロセスが、例えば、露出した構造に対して行われてもよい。図１２Ｂに示すように、保護層１２２０並びに基板１２０５の両方を、異なる速度ではあるが、エッチングするエッチングプロセスを行うことができる。例えば、保護層１２２０は、例えば、シリコンなどの基板１２０５の材料よりも遅くエッチングされる酸化物層であってもよい。保護層１２２０の材料、層の厚さ、並びに行われるエッチングプロセスはすべて、所望の構造を生成するように調整されてもよい。例えば、保護層１２２０は、シリコンと比較して、特定のエッチングプロセスに対して既知の選択性を有する材料から作られてもよい。例えば、選択された材料は、シリコンと比較して約５０：１以上の選択性を有することができ、あるいは約７５：１、１００：１、１２０：１、１５０：１など以上であっても、又はさらに大きくてもよい。選択性が高いほど、この材料は、シリコンと比べて遅くエッチングされ、残る部分１２０７がより厚くなる。支持体部分１２０７をカバーする保護層１２２０の部分は、プロセス中に完全にエッチングされても、エッチングされなくてもよく、このプロセスによって下にある領域１２０７をエッチングできても、エッチングできなくてもよい。図１２Ｄに示すように、そうしたプロセスは、基板全体にわたってかなり均一の構造を提供することができ、ウェーハ上の異なる領域の酸化物の厚さを調整することによって、ウェーハ内の非均一性を相殺することができる。例えば、酸化物層１２２０は、除去されることになる領域のエッジ領域に向かってより厚く形成されてもよい。さらに、一旦エッチングプロセスが開始すると、このプロセスは、ディープ・ピット・リソグラフィ（ｄｅｅｐ−ｐｉｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）又は再パターニングを必要とせず、したがって、そうした作製プロセスを、フィルタ膜の層、又は下にある保護酸化物層１２１０まで単一のエッチングを用いて行うことができる。さらに、シリコンと比較してより高い選択比を有する材料を利用することによって、このプロセスに対して堆積させるのに必要な材料がより少なくてもよく、これによって待機時間をさらに低減させることができる。
【００５４】
図１３に目を向けると、本技術の実施態様による例示的なフィルタ構造の断面図が示されている。図は、フィルタ構造の製作を行うためのさらなるプロセスを示す。理解されるように、開示される図は、例えば、図２に示したような、より大きなフィルタ構造の一部のみ示すことがある。他の構造に関して前述したような工程の一部又はすべてが図示するプロセスに組み込まれてもよい。例えば図１３Ａに示すような階段状の構造を生成するために、酸化物などの保護層１３２０を基板１３０５上に形成し、パターニングすることができる。この保護層１３２０は、基板１３０５の裏面となるものの上に形成されてもよい。次いで、基板１３０５は、ひっくり返され、次のウェーハに貼り合わされてもよい。次いで、基板１３０５は、最終的なフィルタ支持体の所望の厚さにまで平坦化されてもよく、前面の処理が前述したように行われてもよく、この処理には図示するように保護層１３１０及びフィルタ層１３１５を形成することが含まれてもよい。基板１３０５の平坦化によって、基板１３０５の厚さを約１ｍｍ未満に低減させることができ、基板の厚さを約７５０μｍ、５００μｍ、２５０μｍ、１００μｍ、７５μｍ、５０μｍ、２５μｍ、１５μｍ、１０μｍ、５μｍ未満などに低減させ、又はさらに薄くすることができる。
【００５５】
図１３Ｃに示すように、貼り合わされたウェーハを貫いてエッチングを行い、階段状の層１３２０を露出させることができる。次のエッチング又は貼り合わされたウェーハを貫く同じエッチングが、保護層１３２０及び基板１３０５を貫いて保護層１３１０のレベルまで行われてもよい。層１３２０の階段状の構造は、支持体１３０７がこれらの領域の上に重なる層１３２０のより厚い部分により、前述したのと同様の選択性原理に基づいて維持されるようにすることができる。図１３Ｄに示すように、層１３２０のより厚い部分は、プロセス中に完全にエッチングされても、エッチングされなくてもよく、例えば部分１３２２で示すように層１３２０の一部を維持してもよい。
【００５６】
図１４に目を向けると、本技術の実施態様による例示的なフィルタ構造の断面図が示されている。図は、フィルタ構造の裏面エッチングを行うためのさらなるプロセスを示す。他の構造に関して前述したような工程の一部又はすべてが図示するプロセスに組み込まれてもよい。基板１４０５は、上に重なる保護酸化物１４１０、並びに画成された孔を含む高分子材料１４１５を含むことができる。材料は、他の構造に関して前述したような材料の何れをも含むことができる。さらに、高分子材料１４１５の孔は、前述したような構造又は寸法の何れをも含むことができる。前面の処理が完了した後、基板１４０５の支持体構造領域上に裏面保護層１４２０を形成することができる。基板１４０５内に傾斜壁を生成するエッチング、例えば、前述したようなＫＯＨエッチが、ほとんど保護層１４１０まで、例えば、約１０μｍ、５μｍ、１μｍ、８００ｎｍ、６００ｎｍ、５００ｎｍ、４００ｎｍ、３００ｎｍ、２５０ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍなどの範囲まで、又はさらに小さい範囲まで行われてもよい。レジスト層１４２１が基板構造上に形成されてもよく、図１４Ｂに示すように、基板１４０５内の形成された凹部内部に溜まってもよい。ＵＶ露光を利用するリソグラフィプロセスが、コンタクトマスク・フィーチャ１４２４を用いて行われてもよい。そうしたプロセスは、露光されたレジストを除去することができ、一方で画成されたコンタクトマスク領域下に存在する部分を維持することができる。残るレジスト材料１４２１を剥離する前に露出した基板１４０５の部分を貫いて次のエッチングを保護層１４１０の層まで行うことができる。そうしたプロセスは、最初に行われたウェットエッチに基づいて、より均一なウェーハ内の深さ制御を行うことができる。さらに、本明細書全体を通して記載されるような、ウェットエッチングプロセスを行うことによって、一度に多くのウェーハをバッチ処理することが可能となる場合があり、これによって待機時間をさらに低減させることができる。
【００５７】
図１５に目を向けると、本技術の実施態様による例示的なフィルタ構造の断面図が示されている。図は、フィルタ構造の裏面エッチングを行うためのさらなるプロセスを示す。他の構造に関して前述したような工程の一部又はすべてが図示するようなプロセスに組み込まれてもよい。基板１５０５は、上に重なる保護酸化物１５１０、並びに画成された孔を含む高分子材料１５１５を含むことができる。材料は、他の構造に関して前述したような材料の何れをも含むことができる。さらに、高分子材料１５１５の孔は、前述したような構造又は寸法の何れをも含むことができる。前面の処理が完了した後、図示するように、裏面保護層１５２０を形成し、パターニングすることができる。保護層１５２０は、前述したような材料の何れをも含むことができ、層１５１０と同様の又は異なる酸化物層を含むことができる。保護層１５２０は、基板１５０５の領域を露出する複数のギャップを提供するようにパターニングされてもよい。エッチングプロセスは、基板１５０５を貫いて第１の深さまで行われてもよい。第１の深さは、フィルタ領域間に維持することができる支持体構造の所望の最終的な厚さに基づいてもよい。例えば、第１の深さは、約５μｍ以上であってもよく、約１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７５μｍ、１００μｍ、１５０μｍ以上などであっても、又はさらに大きくてもよい。そうしたプロセスは、基板１５０５内部に一連の浅いトレンチを生成することができる。
【００５８】
裏面保護層１５２０を基板１５０５から除去することができ、アニール又は次のプロセスを行い、一連の浅いトレンチを基板１５０５の表面内部のキャビティ１５０６（一又は複数）に合体させることができる。浅いトレンチの数及びパターニングに応じて、キャビティ１５０６は、基板１５０５内部にボイド、パイプ、プレート、又は他の幾何学形状を形成することができる。酸化物又はレジストなどの追加の材料層１５２３を、例えば、前述したようなキャビティなどの、最終的なフィルタ部分間の支持体構造に対応する基板１５０５の領域上に堆積させ、パターニングすることができる。次いで、露出した基板を貫いてエッチングプロセスを行うことができる。基板構造内部のキャビティ１５０６のために、キャビティ１５０６と合致する基板１５０５の領域は、まだそのままの基板１５０５の領域よりも速い速度でエッチングされうる。エッチングプロセスは、保護層１５１０のレベルまで行われてもよく、キャビティ１５０６の位置に基づいて、フィルタ領域を露出することができる窓領域間に支持体構造１５０７を維持することができる。図１６に目を向けると、基板内部の一連の狭いトレンチを上記したような基板表面下のボイドに変換するために使用されたアニーリングプロセスのＳＥＭ像が示されている。
【００５９】
前述の説明では、説明を目的として、本技術の様々な実施態様についての理解を提供するために数多くの詳細について述べた。いくつかの実施態様を開示したが、様々な変更、代替構造、及び均等物が、開示した実施態様の精神から逸脱せずに使用されてもよいことは、当業者には認識されるであろう。さらに、数多くのよく知られたプロセス及び要素については、不必要に本技術を不明瞭にしないようにするため記載されていない。しかし、ある実施態様がこれらの詳細の一部なしに、又はさらなる詳細によって実行されてもよいことは当業者には明らかであろう。したがって、上記の説明は、本技術の範囲を限定しているとして捉えられるべきではない。
【００６０】
個々の実施態様は、フローチャート、流れ図、又はブロック図として表されるプロセスとして記載されてもよいことに留意されたい。フローチャートは、逐次プロセスとして方法を説明することがあるが、動作の多くは、並列に又は同時に行われてもよい。加えて、動作の順番は、再構成されてもよい。プロセスは、その動作が完了すると、終了してもよいが、論じていない、又は図には含まれていないさらなる工程を有することができる。さらに、特に記載された何れのプロセスにおいてもすべての動作がすべての実施態様において行われなくてもよい。プロセスは、方法、機能、手順、プロセス、サブプロセスなどに対応することがある。
【００６１】
値の範囲が提供される場合、文脈で明白にそうではないと述べない限り、その範囲の上限と下限との間に挟まれた値それぞれも、下限の単位の最も小さな分数にいたるまで、明確に開示されていると理解される。任意の定められた値又は定められた範囲の間にある値と任意の他の定められた値又はその定められた範囲の間にある値との間のより小さな範囲それぞれが包含される。これらのより小さな範囲の上限及び下限は、この範囲内に別々に含まれても、又はこの範囲から除外されてもよく、より小さな範囲において、限界の何れかが含まれる、又は何れも含まれない、あるいは両方が含まれるそれぞれの範囲がまた本技術の範囲に包含され、定められた範囲内の明確に除外された何れかの限界に従う。定められた範囲が限界の１つ又は両方を含む場合、これらの含まれる限界の何れか又は両方を除外する範囲もまた含まれる。
【００６２】
本明細書で、及び添付の特許請求の範囲で使用するように、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈で明白にそうでないと述べない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「誘電体材料」への言及は、複数のそうした材料を含み、「材料層」への言及は、材料層（一又は複数）及び当業者に知られている均等物への言及を含むなどである。
【００６３】
また、用語「備える」、「備えている」、「含む」「含んでいる」、及び「含む」、「含有する」、「含有している」などは、本明細書及び次の特許請求の範囲で使用される場合、述べた特徴、整数、構成要素又は工程の存在を明示することが意図されているが、これらの用語は、他の特徴、整数、構成要素、工程、行為、若しくはグループ（一又は複数）の存在あるいは追加を排除しない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2019034300.tif 000035
【図１４Ｃ】
2019034300.tif 000036
【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
2019034300.tif 000039
【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月23日(2018.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが約１００ｎｍ未満の幅を有する複数の孔を備える平坦な膜部分と、
膜部分と結合した基板を備える支持体部分と
を備えるろ過デバイスであって、
基板が、
平坦な膜部分が配置される前面と、
その中に形成されたキャビティと複数の凹部とを含む裏面であって、キャビティが複数の凹部と連通し、かつ複数の凹部が複数の孔と連通している、裏面と
を備えるろ過デバイスに流体を供出することと、
ろ過された流体を生成するために流体を平坦な膜部分上に流すことと、
ろ過デバイスからろ過された流体を供出することと
を含む、微細加工ろ過デバイスを使用する方法。
【請求項２】
ろ過デバイスが、ろ過デバイスの膜部分と流体連通する第１のチャネル、及びろ過デバイスの支持体部分と流体連通する第２のチャネルをさらに含み、
第１の流体を第１のチャネルを通って第１の流れの方向に流すことと、
第２の流体を第２のチャネルを通って第１の流れの方向と反対方向の流れの方向に流すことと、
第１の流体と第２の流体との間の膜部分を横切って溶質を輸送することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ろ過デバイスの膜部分にわたって等しい圧力を維持するように、第１及び第２の流体を、ろ過デバイスを通って送り出すことをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ろ過デバイスに第１の流体を供出する前に抗凝血剤を前記第１の流体に組み込むことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
デバイスが基板と膜部分との間に誘電体材料の層をさらに備え、誘電体材料が凹部の一部分を画成する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
複数のスリット形状の孔が１０ｎｍ未満の幅を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
基板が単一の均質の材料層を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
複数の凹部が１００μｍ×５０μｍの長さ×幅の寸法を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
複数の凹部が２５０μｍ×５０μｍの長さ×幅の寸法を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
膜部分がシリコン又はポリシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
基板がシリコンウェーハを含む、請求項１に記載の方法。
【外国語明細書】
2019034300000001.pdf