本發(fā)明是有關(guān)于一種樣本收集元件，且特別是有關(guān)于一種可用于顯微鏡觀察的樣本收集元件及其制作方法和樣本收集元件陣列。

背景技術(shù)：

隨著顯微觀察技術(shù)的發(fā)展，各種類型的顯微鏡，例如光學(xué)顯微鏡(Optical Microscope)、原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)、電子顯微鏡如穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)、掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)等，因應(yīng)而生。此外，不同類型的顯微鏡需要不同類型的樣本試片，例如液態(tài)樣本試片、干燥樣本試片等。

然而，現(xiàn)有技術(shù)在將含有懸浮顆粒的液態(tài)樣本制備成干燥樣本試片時(shí)，由于液態(tài)樣本受表面張力影響，懸浮顆粒所受到的外界作用力不平衡，導(dǎo)致懸浮顆粒在干燥過程中流動(dòng)聚集，而在干燥后形成聚集團(tuán)。此聚集現(xiàn)象將影響使用顯微鏡觀察干燥樣本試片時(shí)的判讀結(jié)果。

另，美國(guó)專利公開號(hào)US 2014/0007709A1揭露一種干燥液態(tài)樣本裝置及方法，但是其所揭露的干燥液態(tài)樣本裝置包含上下兩片基板并且兩片基板無法輕易開啟，導(dǎo)致無法讓觀測(cè)儀器近距離接近基板的表面。因此，前述的干燥液態(tài)樣本的裝置僅能應(yīng)用于特定顯微鏡例如是電子顯微鏡。然而，例如原子力顯微鏡，需要將探針頭近距離接近干燥樣本至納米等級(jí)的距離，將無法使用此干燥液態(tài)樣本的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種樣本收集元件，能有效排除因液體表面張力所造成的聚集現(xiàn)象，以提供均勻的干燥樣本試片。

本發(fā)明提供一種可輕易開啟的樣本收集元件，能將干燥后的樣本外露于試片表面，以提供無遮蔽的干燥樣本試片，大幅增加試片的適用分析觀測(cè)范圍。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種樣本收集元件，其包括兩基板以及一間隔件。各基板具有第一表面以及第二表面，且兩基板的第一表面相對(duì)設(shè)置。間隔件配置于兩第一表面之間，用以連接并固定所述兩基板，以在兩基板之間形成樣本容納空間。此外，各基板包括第一弱化結(jié)構(gòu)，其位于樣本容納空間的外圍并且外露于第一表面。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第一弱化結(jié)構(gòu)包括第一表面上的凹陷(depression)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第一弱化結(jié)構(gòu)包括對(duì)基板進(jìn)行局部改質(zhì)所形成的改質(zhì)材料。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第一弱化結(jié)構(gòu)包括相對(duì)的兩條狀結(jié)構(gòu)或沿相對(duì)的兩條狀路徑分布的多個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，各基板進(jìn)一步包括第二弱化結(jié)構(gòu)。第二弱化結(jié)構(gòu)外露于第二表面，且第一弱化結(jié)構(gòu)與第二弱化結(jié)構(gòu)在基板的厚度方向上相互對(duì)齊。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第二弱化結(jié)構(gòu)包括第二表面上的凹陷。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第二弱化結(jié)構(gòu)包括相對(duì)的兩條狀結(jié)構(gòu)或沿相對(duì)的兩條狀路徑分布的多個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一弱化結(jié)構(gòu)的底部與第二弱化結(jié)構(gòu)的底部相距第一距離，且所述第一距離小于或等于各該基板厚度的三分之二。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，各基板進(jìn)一步包括凹槽(cavity)。所述凹槽位于第一表面，并且位于樣本容納空間內(nèi)。第一弱化結(jié)構(gòu)位于凹槽之外。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，各基板進(jìn)一步包括觀測(cè)窗，其位于第二表面，并且對(duì)應(yīng)于樣本容納空間。

本發(fā)明提供一種樣本收集元件陣列，可被分離為多個(gè)前述的樣本收集元件。

本發(fā)明的樣本收集元件陣列包括多個(gè)前述的樣本收集元件，其中所述多個(gè)樣本收集元件呈陣列排列且相互連接，并且通過多個(gè)切割道來定義。換言之，在沿切割道來切割樣本收集元件陣列之后，可以得到相互分離的所述多個(gè)樣本收集元件。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，各基板進(jìn)一步包括第三弱化結(jié)構(gòu)。第三弱化結(jié)構(gòu)位于切割道上，并且外露于第一表面。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第三弱化結(jié)構(gòu)包括第一表面上的凹陷(depression)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第三弱化結(jié)構(gòu)包括對(duì)基板進(jìn)行局部改質(zhì)所形成的改質(zhì)材料。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第三弱化結(jié)構(gòu)包括一網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)或沿切割道分布的多個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，各基板進(jìn)一步包括第四弱化結(jié)構(gòu)，其位于切割道上并且外露于第二表面。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第四弱化結(jié)構(gòu)包括第二表面上的凹陷。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第四弱化結(jié)構(gòu)包括一網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)或沿切割道分布的多個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第三弱化結(jié)構(gòu)的底部與第四弱化結(jié)構(gòu)的底部相距第二距離，且所述第二距離小于或等于各該基板厚度的二分之一

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一弱化結(jié)構(gòu)的深度實(shí)質(zhì)上等于第三弱化結(jié)構(gòu)的深度。

本發(fā)明還提出一種用以制作前述樣本收集元件的制作方法。首先，在一半導(dǎo)體基材相對(duì)的第一表面以及第二表面上分別形成絕緣層。接著，移除位于第一表面外圍的絕緣層，并且在暴露的第一表面上形成接合層。之后，圖案化第一表面以及第二表面上的絕緣層，其中第一表面 上的絕緣層暴露出第一表面的局部區(qū)域，而第二表面上的絕緣層暴露出第二表面的局部區(qū)域。接著，在第一表面被絕緣層暴露的局部區(qū)域內(nèi)形成第一弱化結(jié)構(gòu)。之后，在另一半導(dǎo)體基材上重復(fù)前述步驟。并且，將所述兩半導(dǎo)體基材通過各自的接合層相對(duì)接合，其中所述兩接合層形成間隔物，用以連接并固定所述兩半導(dǎo)體基材，且所述兩半導(dǎo)體基材以及間隙物之間形成樣本容納空間。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述樣本收集元件的制作方法進(jìn)一步包括在各半導(dǎo)體基材的第二表面被絕緣層暴露的局部區(qū)域內(nèi)形成第二弱化結(jié)構(gòu)，且第二弱化結(jié)構(gòu)的位置對(duì)應(yīng)于第一弱化結(jié)構(gòu)的位置。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，前述形成第二弱化結(jié)構(gòu)的方法包括濕式蝕刻。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述樣本收集元件的制作方法更包括在各半導(dǎo)體基材的第二表面被絕緣層暴露的局部區(qū)域內(nèi)形成觀測(cè)窗，且觀測(cè)窗穿透半導(dǎo)體基材并且暴露第一表面上的絕緣層。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在半導(dǎo)體基材上形成絕緣層的方法包括進(jìn)行化學(xué)氣相沉積。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在半導(dǎo)體基材上形成接合層的方法包括進(jìn)行沉積或氧化制程。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，形成第一弱化結(jié)構(gòu)的方法包括通過第一表面上的絕緣層或在絕緣層上涂布光阻并定義圖形，以作為罩幕來蝕刻半導(dǎo)體基材。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，蝕刻半導(dǎo)體基材的方法包括干式蝕刻。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，接合所述兩半導(dǎo)體基材的方法包括陽極接合或高溫?cái)U(kuò)散接合。

本發(fā)明的樣本收集元件通過間隔件來固定兩基板，并在兩基板之間提供適當(dāng)?shù)母叨?，讓液態(tài)樣本能通過例如毛細(xì)現(xiàn)象等吸附作用被保留于樣本容納空間內(nèi)，并且維持均勻的厚度。如此，可有效抑制液態(tài)樣本在干燥過程中的流動(dòng)，避免懸浮顆粒的聚集現(xiàn)象，使懸浮顆粒在干燥過程中大致保持原有的分布與特性。此外，本發(fā)明在對(duì)應(yīng)于樣本容納空間外 圍，且對(duì)應(yīng)于間隔件之外的位置上形成弱化結(jié)構(gòu)，特別是暴露于基板的第一表面的弱化結(jié)構(gòu)，以在液態(tài)樣本被干燥后通過對(duì)弱化結(jié)構(gòu)施力等方式來分離弱化結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基板的不同部分，開啟樣本收集元件，形成干燥樣本外露的試片。此無遮蔽的干燥樣本試片具有廣泛的應(yīng)用范圍，可適用于各類型的顯微觀測(cè)技術(shù)，除了電子顯微鏡之外，還可適用于例如原子力顯微鏡、基質(zhì)輔助激光解吸質(zhì)譜分析(MALDI-TOF-MS)、甚至電性測(cè)試的探針接觸等分析方法。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1A為依照本發(fā)明之一實(shí)施例的一種樣本收集元件的立體圖。

圖1B為圖1A所示樣本收集元件沿A-A’面的剖面圖。

圖2A～2E依序繪示樣本收集元件的制作流程。

圖3A～3C依序繪示依照本發(fā)明之一實(shí)施例的干燥樣本試片的制備流程。

圖4A繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的一種樣本收集元件。

圖4B繪示圖4A的樣本收集元件制備而成的干燥樣本試片。

圖5～7分別繪示依照本發(fā)明其它實(shí)施例的多種樣本收集元件。

圖8～11分別繪示依照本發(fā)明其它實(shí)施例的多種樣本收集元件。

圖12A繪示依照本發(fā)明之一實(shí)施例的一種樣本收集元件陣列。

圖12B為圖12A的樣本收集元件陣列沿B-B’線的剖面圖。

圖13為對(duì)圖12A與12B的樣本收集元件陣列進(jìn)行單體化分離的示意圖。

圖14～16分別繪示依照本發(fā)明其它實(shí)施例的多種樣本收集元件陣列。

符號(hào)說明

200：樣本收集元件

200a：干燥樣本試片

202：半導(dǎo)體基材

202a：第一表面

202b：第二表面

204：絕緣層

206：接合層

210、220：基板

212、222：第一表面

214、224：第二表面

216、226：薄膜

218、228：基底部

219、229：觀測(cè)窗

230：間隔件

240：樣本容納空間

250：第一弱化結(jié)構(gòu)

252、254：條狀凹陷

260：第二弱化結(jié)構(gòu)

262、264：塊狀凹陷

290：穿透式電子顯微鏡

310：液態(tài)樣本

312：懸浮顆粒

400：樣本收集元件

400a：干燥樣本試片

420：基板

490：原子力顯微鏡

500、600、700：樣本收集元件

510、520、610、620、710、720：基板

550、650、750：第一弱化結(jié)構(gòu)

800、900、1000、1100：樣本收集元件

810、820、910、920、1010、1020、1110、1120：基板

811、821、911、921、1011、1021、1111、1121：凹槽

812、822、912、922、1012、1022、1112、1122：第一表面

816、826：薄膜

840、940、1040、1140：樣本容納空間

850、950、1050、1150：第一弱化結(jié)構(gòu)

860、960：第二弱化結(jié)構(gòu)

1200：樣本收集元件陣列

1202：樣本收集元件

1204：切割道

1210、1220：基板

1212、1222：第一表面

1214、1224：第二表面

1270：第三弱化結(jié)構(gòu)

1280：第四弱化結(jié)構(gòu)

1400、1500、1600：樣本收集元件陣列

1410、1420、1510、1520、1610、1620：基板

1470、1570、1670：第三弱化結(jié)構(gòu)

D1、D2：深度

L1：第一距離

L2：第二距離

S：區(qū)域

具體實(shí)施方式

下文的多個(gè)實(shí)施例以相同的符號(hào)代表具有相同或類似的功能的構(gòu)件或裝置，其中圖式中所示元件之形狀、尺寸、比例等僅為示意，非對(duì)本發(fā)明之實(shí)施范圍加以限制。另外，以下說明內(nèi)容所述之任一實(shí)施例雖同時(shí)揭露多個(gè)技術(shù)特征，也不意味必需同時(shí)實(shí)施該任一實(shí)施例中的所有技術(shù)特征。

圖1A為依照本發(fā)明之一實(shí)施例的一種樣本收集元件的立體圖。圖 1B為圖1A之樣本收集元件200沿A-A’面的剖面圖。本實(shí)施例的樣本收集元件200包括兩基板210、220以及一間隔件230，其中基板210具有第一表面212以及第二表面214，而基板220具有第一表面222以及第二表面224，且基板210的第一表面212與基板220的第一表面222相對(duì)設(shè)置。間隔件230配置于第一表面212與222之間，用以連接并固定基板210與220，以在基板210與220之間形成樣本容納空間240。在此，間隔件230所定義的樣本容納空間240例如是具有前后兩端開口的流道。液態(tài)樣本可通過前后兩端開口進(jìn)入樣本容納空間240，而被保持于樣本容納空間240內(nèi)。

在本實(shí)施例中，基板210具有薄膜216及基底部218，而基板220具有薄膜226及基底部228。薄膜216與226分別沉積于基底部218與228上，并且薄膜216與226的表面即為第一表面212與222，用以維持樣本容納空間240。本實(shí)施例用以在基底部218與228形成薄膜216與226的方式包括化學(xué)氣相沉積、酸液沖洗、表面材料沉積、聚合物沉積等，其中，化學(xué)氣相沉積方式例如透過電漿化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)。所述制作方法可參酌現(xiàn)有半導(dǎo)體制程或微機(jī)電制程技術(shù)，此處不再贅述。

薄膜216與226的材質(zhì)可選自硅、氮化硅、氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、碳、鉆石膜、石墨烯、碳化硅、氧化鋁、氮化鈦、氧化鈦、氮化碳中的一種或兩種以上的組合。此外，若考量到應(yīng)用穿透式電子顯微鏡的觀測(cè)需求，薄膜216與226要能讓穿透式電子顯微鏡的電子束穿透，而可選用具有高電子穿透率的材質(zhì)。此外，薄膜216與226的厚度可依設(shè)計(jì)與實(shí)際需求更改。例如，本實(shí)施例之薄膜216與226的厚度約為2納米至200納米，以利穿透式電子顯微鏡的觀測(cè)。前述是以硅晶圓制程為例，但本發(fā)明亦可類推應(yīng)用于其他基底材質(zhì)，惟需考慮薄膜的機(jī)械強(qiáng)度、致密性、透光性、電子穿透率、薄膜與基板的制程整合度、殘余應(yīng)力、表面特性。

承前，本實(shí)施例的薄膜216與226用以提供與液態(tài)樣本接觸的第一表面212與222，其可為親水性材質(zhì)或疏水性材質(zhì)。若選擇親水性材質(zhì) 則可增強(qiáng)吸附極性液態(tài)樣本的吸附力道。若選擇疏水性材質(zhì)則可增強(qiáng)吸附非極性液態(tài)樣本的吸附力道。薄膜216與226的表面特性可以經(jīng)由物理修飾例如紫外光臭氧修飾(UV ozone)或電漿修飾或化學(xué)修飾如酸洗、蝕刻、陽極處理、接官能基等方法來調(diào)整。

基底部218與228的材質(zhì)例如是半導(dǎo)體材質(zhì)或金屬氧化物材質(zhì)。半導(dǎo)體材質(zhì)例如是雙拋光或單拋光的單晶硅。金屬氧化物例如是氧化鋁?；撞?18與228的厚度也可依設(shè)計(jì)或?qū)嶋H需求更改，例如若應(yīng)用于穿透式電子顯微鏡，則可設(shè)計(jì)成約0.2～0.8毫米。

本實(shí)例的間隔件230兼具維持兩基板210與220之間距以及接合固定兩基板210與220的功能。間隔件230的高度被設(shè)計(jì)成足以產(chǎn)生類似毛細(xì)現(xiàn)象的吸附力的高度。在本實(shí)施例中，間隔件230的高度大約介于0.1微米至20微米之間，甚或介于0.1微米至10微米之間。換言之，兩基板210與220之間距，即樣本容納空間240的高度大約介于0.1微米至20微米之間，甚或介于0.1微米至10微米之間。其優(yōu)點(diǎn)在于：可使部分液態(tài)樣本中大于10微米的懸浮顆粒被排除于樣本容納區(qū)240之外，例如可以應(yīng)用于血液中血球及血漿的分離觀察。

考量基板210與220的材料、制程或其他可能的因素，間隔件230本身可為粘著材料，例如環(huán)氧樹脂、紫外光膠或硅膠材質(zhì)。或者，間隔件230本身可為非粘著材料，例如氧化硅、硅等，并且例如是通過硅與硅氧化物之間的陽極接合(anodicbonding)，以接合固定基板210與220。間隔件230可利用如網(wǎng)印及框膠等涂布方式形成于基板210與220的第一表面212與222。又或者，可通過化學(xué)氣相沉積在基板210與220的第一表面212與222上形成間隔件230。

另一方面，本實(shí)施例在基板210的第一表面212以及基板220的第一表面222分別形成第一弱化結(jié)構(gòu)250，其位于樣本容納空間240的外圍，且基板210的第二表面214以及基板220的第二表面224還可具有相應(yīng)的第二弱化結(jié)構(gòu)260。此處所指的第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較基板210與220其他部分低的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，可通過移除部分的基板210與220以形成凹陷，或是對(duì)基板210與220的 局部區(qū)域進(jìn)行改質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260可能的型態(tài)例如是位于樣本容納空間240相對(duì)兩側(cè)的兩條狀結(jié)構(gòu)或沿相對(duì)的兩條狀路徑分布的多個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)。

就本實(shí)施例而言，第一弱化結(jié)構(gòu)250包括位于樣本容納空間240相對(duì)兩側(cè)的兩條狀凹陷252與254。此外，第二弱化結(jié)構(gòu)260包括兩條狀路徑分布的多個(gè)塊狀凹陷262與264。當(dāng)然，第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260可能的型態(tài)不限于此。舉例而言，第一弱化結(jié)構(gòu)250亦可由多個(gè)塊狀凹陷組成，而第二弱化結(jié)構(gòu)260可為兩條狀凹陷。又或者，第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260可為任何具有結(jié)構(gòu)弱化效果的設(shè)計(jì)，在此不逐一贅述。

本實(shí)施例的基板210與220進(jìn)一步分別包括觀測(cè)窗219與229，其分別位于第二表面214與224，并且對(duì)應(yīng)于樣本容納空間240，而分別暴露出局部的薄膜216與226。

更具體而言，所述觀測(cè)窗219與229的底部面積約為1平方微米至1平方毫米。在本實(shí)施例中，可在基板210的第二表面214以及基板220的第二表面224上對(duì)基底部218與228進(jìn)行微影與蝕刻制程，以得到觀測(cè)窗219與229。

下文更進(jìn)一步列舉本發(fā)明之樣本收集元件的一種可能的制作方法。圖2A～2E依序繪示樣本收集元件200的制作流程。

首先，如圖2A所示，提供一半導(dǎo)體基材202，例如是硅基材，并且在半導(dǎo)體基材202的第一表面202a與第二表面202b上分別形成絕緣層204。在此，例如是進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，以形成厚度約100納米的氮化硅層。并且，移除第一表面202a外圍的絕緣層204，以暴露出部分的第一表面202a，再于暴露的第一表面202a以例如沉積或氧化等方式形成接合層206。在此，接合層206例如是厚度約300～400納米的氧化硅層。

接著，如圖2B所示，圖案化第一表面202a與第二表面202b的絕緣層204，藉以定義出后續(xù)形成的第一弱化結(jié)構(gòu)250、第二弱化結(jié)構(gòu)260以及觀測(cè)窗219與229等元件的位置。

然后，如圖2C所示，以第一表面202a的絕緣層204或涂布光阻并定義圖形作為罩幕來蝕刻半導(dǎo)體基材202，以形成第一弱化結(jié)構(gòu)250。此處的蝕刻步驟例如是利用電漿蝕刻等干式蝕刻技術(shù)來形成具有高深寬比的第一弱化結(jié)構(gòu)250。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，也可以利用美國(guó)專利US6992026隱形激光切割技術(shù)或是局部離子布植及熱處理等相關(guān)改質(zhì)方法來取代此處的蝕刻步驟。細(xì)節(jié)將于下文中說明。在此，第一弱化結(jié)構(gòu)250的深度約為150微米。至此，除了第二弱化結(jié)構(gòu)260以及觀測(cè)窗219之外，大致完成具有基板210雛形的基板結(jié)構(gòu)。

由于本實(shí)施例之樣本收集元件200的基板210與220具有相同的結(jié)構(gòu)，因此可重復(fù)圖2A～2C的步驟，來制作具有基板220雛形的另一個(gè)基板結(jié)構(gòu)。

接著，如圖2D所示，將圖2C所形成的兩個(gè)基板結(jié)構(gòu)的接合層206通過例如陽極接合或高溫?cái)U(kuò)散接合來對(duì)接，其中結(jié)合后的兩個(gè)接合層206作為間隔件230，而在兩基板結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基材202之間形成樣本容納空間240。

之后，再如圖2E所示，利用兩基板結(jié)構(gòu)外側(cè)的絕緣層204作為罩幕，而以例如濕式蝕刻技術(shù)來移除部分的半導(dǎo)體基材202，來形成第二弱化結(jié)構(gòu)260以及觀測(cè)窗219與229。更具體而言，例如是利用氫氧化鉀蝕刻液對(duì)半導(dǎo)體基材202進(jìn)行非等向蝕刻至第一薄膜210，進(jìn)而獲得第二弱化結(jié)構(gòu)260以及觀測(cè)窗219與229。由于非等向性蝕刻可以通過設(shè)計(jì)蝕刻開口的寬度來控制蝕刻深度，因此所形成的第二弱化結(jié)構(gòu)260的深度可以由作為罩幕的絕緣層204的開口寬度來決定。同理，也可以通過設(shè)計(jì)絕緣層204對(duì)應(yīng)于觀測(cè)窗219與229的開口寬度，使得所形成的觀測(cè)窗219與229能夠暴露出位于半導(dǎo)體基材202對(duì)側(cè)的局部絕緣層204，而作為前述薄膜216與226。

當(dāng)然，前述制作流程僅是列舉樣本收集元件200的一種可能的制作方法。實(shí)際上，本技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在參照前述實(shí)施例之后，當(dāng)可依據(jù)申請(qǐng)時(shí)的技術(shù)水平來變更、置換或調(diào)整部分的制程步驟。舉例而言，半導(dǎo)體蝕刻制程，如：干式蝕刻或濕式蝕刻技術(shù)；或，機(jī)械方式， 例如：刀輪切割或研磨移除方法。或是，可以利用例如美國(guó)專利US6992026所發(fā)展的隱形激光切割技術(shù)，對(duì)半導(dǎo)體基材202內(nèi)部的局部區(qū)域做適度的弱化。

至此，大致完成樣本收集元件200的制作。

請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D1B，由于本實(shí)施例之第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260位于間隔件230以外的區(qū)域，因此當(dāng)?shù)谝蝗趸Y(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260受到外力而被破壞時(shí)，位于第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260兩側(cè)的基板210與220的不同部分可相互分離，以開啟樣本容納空間240。此外，為了有效分離基板210與220的不同部分，可以對(duì)第一弱化結(jié)構(gòu)250的底部與第二弱化結(jié)構(gòu)260的底部的第一距離L1進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，可使所述第一距離L1小于或等于基板210或220的厚度的三分之二。例如，若基板210或220的厚度為400微米，則第一距離L1設(shè)計(jì)為100微米。

以下進(jìn)一步說明以樣本收集元件200來制備干燥樣本試片的方法。圖3A～3C依序繪示依照本發(fā)明之一實(shí)施例的干燥樣本試片的制備流程。

首先，如圖3A所示，將液態(tài)樣本310載入樣本收集元件200或其可能變化態(tài)樣的樣本容納空間240，其中含有懸浮顆粒312的液態(tài)樣本310受到基板210與220及間隔件230所形成的毛細(xì)現(xiàn)象吸附至樣本容納空間240內(nèi)。此外，本實(shí)施例亦可在載入液態(tài)樣本310的過程中透過抽氣吸引或加壓注入等方式進(jìn)行輔助，以使液態(tài)樣本310順利進(jìn)入樣本容納空間240。

并且，干燥液態(tài)樣本310，以使懸浮顆粒312附著于薄膜216與226上，其中干燥的方式可為自然蒸散、真空干燥、低濕環(huán)境干燥、加熱干燥、低溫干燥、氮?dú)猸h(huán)境干燥或鈍氣環(huán)境干燥。干燥的目的是去除液態(tài)樣本310中蒸氣壓較高的成分(例如水分)，并且使液態(tài)樣本310中其余成分(如懸浮顆粒312)貼附于薄膜216與226表面而不具流動(dòng)性，以進(jìn)行后續(xù)兩基板210與220的分離。此處的蒸氣壓是指在一定溫度(譬如室溫)下的飽和蒸汽壓。當(dāng)然，干燥之后的液態(tài)樣本310還是可能保有部分液態(tài)成分或性質(zhì)，例如蒸氣壓較低的大分子成分，或是吸附、嵌合或包覆 于殘留顆粒物質(zhì)中的水分等等。

在本實(shí)施例中，由于基板210與220分別具有相應(yīng)的觀測(cè)窗219與229，且觀測(cè)窗219與229分別穿透基底部218與228，而暴露出相應(yīng)的薄膜216與226。因此，在此步驟中便可預(yù)先利用穿透式電子顯微鏡290來觀察樣本容納空間240內(nèi)的液態(tài)樣本310。

接著，如圖3B所示，利用外力破壞第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260，使得位于第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260兩側(cè)的基板210與220的不同部分相互分離。由于第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260對(duì)應(yīng)于間隔件230之外的位置，因此當(dāng)樣本收集元件200兩側(cè)帶有間隔件230的部分被移除后，余留下的兩基板210與220的中央部分可相互分離，而不會(huì)有間隔件230殘留在兩基板210與220的中央部分上。

如此，基板210與220經(jīng)過圖3B所示的分離步驟后，可分別形成如圖3C所示的無遮蔽的干燥樣本試片200a。以基板210所形成的干燥樣本試片200a為例，其包括薄膜216、基底部218、觀測(cè)窗219以及位于薄膜216上的干燥后的液態(tài)樣本310。干燥后的液態(tài)樣本310包括懸浮顆粒312，其附著于薄膜216的表面。由于液態(tài)樣本310的厚度受到了樣本容納空間240的高度的限制，懸浮顆粒312在干燥過程中不易移動(dòng)，因此能避免干燥過程中的聚集現(xiàn)象，而維持原液態(tài)樣本310中的懸浮顆粒312的分布狀態(tài)。

此外，由于無遮蔽的干燥樣本試片200a的整體厚度極小，且于干燥樣本試片200a上形成有觀測(cè)窗219。因此，干燥樣本試片200a除可應(yīng)用于如光學(xué)顯微鏡、掃描式電子顯微鏡等樣本試片厚度限制較低的顯微鏡觀察外，亦如圖3C所示，將干燥樣本試片200a置放于穿透式電子顯微鏡290下，使電子束穿透干燥樣本試片200a，以通過穿透式電子顯微鏡290來觀察干燥樣本試片200a。

藉此，在圖3A～3C所示的制備流程中，使用者可以透過同一樣本收集元件200進(jìn)行干燥前液態(tài)樣本310的觀察，觀察方式可如臺(tái)灣專利第I330380號(hào)案所揭露內(nèi)容；還可在干燥后開啟樣本收集元件200，對(duì)無遮 蔽的均勻的干燥樣本試片200a進(jìn)行觀察。

雖然前述實(shí)施例揭示結(jié)構(gòu)相同的基板210與220，可在經(jīng)過圖3A～3C所示的制備流程后形成干燥樣本試片200a。然而，本發(fā)明并不限于此。

圖4A繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的一種樣本收集元件400。本實(shí)施例的樣本收集元件400與前述實(shí)施例的樣本收集元件200大致相同，因而針對(duì)相同或可理解的技術(shù)內(nèi)容，于此不再重復(fù)贅述。本實(shí)施例的樣本收集元件400與前述實(shí)施例的樣本收集元件200的差異點(diǎn)包括：本實(shí)施例的基板420不具有觀測(cè)窗。換言之，在圖2B所示的圖案化步驟中，選擇不在第二表面202b的絕緣層204上定義出對(duì)應(yīng)觀測(cè)窗的開口。

如此一來，在經(jīng)過圖3A～3C所示的制備流程后，基板420可形成如圖4B所示的干燥樣本試片400a。本實(shí)施例的干燥樣本試片400a與前述實(shí)施例的干燥樣本試片200a的差異在于不具有觀測(cè)窗。因此，干燥樣本試片400a可以應(yīng)用于如光學(xué)顯微鏡、掃描式電子顯微鏡等樣本試片厚度限制較低的顯微鏡觀察外，亦可利用原子力顯微鏡490直接觀察。

本發(fā)明前述多個(gè)實(shí)施例提供了分離且無遮蔽的干燥樣本試片，如干燥樣本試片200a及干燥樣本試片400a。相較于已知具有遮蔽的樣本試片，本發(fā)明的干燥樣本試片更能夠減少吸收及散射(scattering)的問題，有助于提高顯微觀測(cè)的準(zhǔn)確度。

以下更舉例說明本發(fā)明可能存在的其它類型的樣本收集元件。圖5～7分別繪示依照本發(fā)明其它實(shí)施例的多種樣本收集元件。

圖5繪示的樣本收集元件500與前述實(shí)施例的樣本收集元件200大致相同，因而針對(duì)相同或可理解的技術(shù)內(nèi)容，于此不再重復(fù)贅述。本實(shí)施例的樣本收集元件500與前述實(shí)施例的樣本收集元件200的差異點(diǎn)包括：本實(shí)施例的第一弱化結(jié)構(gòu)550例如是對(duì)基板510與520局部改質(zhì)所形成的改質(zhì)材料。更具體而言，以美國(guó)專利US6992026隱形激光切割技術(shù)或是局部離子布植及熱處理等相關(guān)改質(zhì)方法來取代圖2C所示的蝕刻半導(dǎo)體基材202的步驟，以對(duì)半導(dǎo)體基材202的局部區(qū)域進(jìn)行改質(zhì)，而形成本實(shí)施例所示的材料，例如為多晶硅化且具有高密度晶格錯(cuò)位結(jié)構(gòu)的第一弱化結(jié)構(gòu)550。

圖6繪示的樣本收集元件600與前述實(shí)施例的樣本收集元件200大致相同，因而針對(duì)相同或可理解的技術(shù)內(nèi)容，于此不再重復(fù)贅述。本實(shí)施例的樣本收集元件600與前述實(shí)施例的樣本收集元件200的差異點(diǎn)包括：本實(shí)施例的樣本收集元件600的基板610與620外側(cè)不具有第二弱化結(jié)構(gòu)。換言之，在可以實(shí)現(xiàn)基板610與620分離的前提下，本發(fā)明可以只選擇在基板610與620內(nèi)側(cè)形成第一弱化結(jié)構(gòu)650，而省略外側(cè)的第二弱化結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的第一弱化結(jié)構(gòu)650如圖1A所示，例如為條狀凹陷。

圖7繪示的樣本收集元件700與前述實(shí)施例的樣本收集元件500大致相同，因而針對(duì)相同或可理解的技術(shù)內(nèi)容，于此不再重復(fù)贅述。本實(shí)施例的樣本收集元件700與前述實(shí)施例的樣本收集元件500的差異點(diǎn)包括：本實(shí)施例的樣本收集元件700的基板710與720外側(cè)不具有第二弱化結(jié)構(gòu)。換言之，在可以實(shí)現(xiàn)基板710與720分離的前提下，本發(fā)明可以只選擇在基板710與720內(nèi)側(cè)形成第一弱化結(jié)構(gòu)750，而省略外側(cè)的第二弱化結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的第一弱化結(jié)構(gòu)750例如是對(duì)基板710與720局部改質(zhì)所形成的改質(zhì)材料。

圖8～11又分別繪示依照本發(fā)明其它實(shí)施例的多種樣本收集元件。圖8～11繪示的樣本收集元件800、900、1000、1100分別與前述多個(gè)實(shí)施例的樣本收集元件200、500、600、700大致相同，因而針對(duì)相同或可理解的技術(shù)內(nèi)容，于此不再重復(fù)贅述。圖8～11繪示的樣本收集元件800、900、1000、1100分別與前述多個(gè)實(shí)施例的樣本收集元件200、500、600、700的差異點(diǎn)在于：圖8～11繪示的樣本收集元件800、900、1000、1100進(jìn)一步分別在基板對(duì)應(yīng)于樣本收納空間的內(nèi)側(cè)表面上形成凹槽，藉以調(diào)整樣本收納空間可以容納的液態(tài)樣本的量。所形成的第一弱化結(jié)構(gòu)例如位于凹槽之外。

更具體而言，圖8的樣本收集元件800在基板810與820的第一表面812與822分別形成凹槽811與821。凹槽811與821位于樣本容納空間840內(nèi)，且第一弱化結(jié)構(gòu)850以及第二弱化結(jié)構(gòu)860位于凹槽811與821之外。制程上，例如是在圖2A所示的半導(dǎo)體基材202的第一表 面202a先蝕刻形成凹槽，再進(jìn)行后續(xù)的化學(xué)氣相沉積，以形成厚度約100納米的絕緣層204。如此，絕緣層204覆蓋凹槽底部，而在后續(xù)的制程中形成如圖8所示的薄膜816與826。

類似地，圖9的樣本收集元件900在基板910與920的第一表面912與922分別形成凹槽911與921。凹槽911與921位于樣本容納空間940內(nèi)，且第一弱化結(jié)構(gòu)950以及第二弱化結(jié)構(gòu)960位于凹槽911與921之外。凹槽911與921的制作方式與前述凹槽811與821類似，于此不再贅述。此外，圖9的第一弱化結(jié)構(gòu)950與圖5的第一弱化結(jié)構(gòu)550類似，是對(duì)基板910與920局部改質(zhì)所形成的改質(zhì)材料。

圖10的樣本收集元件1000在基板1010與1020的第一表面1012與1022分別形成凹槽1011與1021。凹槽1011與1021位于樣本容納空間1040內(nèi)，且第一弱化結(jié)構(gòu)1050位于凹槽1011與1021之外。凹槽1011與1021的制作方式與前述凹槽811與821類似，于此不再贅述。此外，圖10的樣本收集元件1000與圖6的樣本收集元件600類似，基板1010與1020外側(cè)不具有第二弱化結(jié)構(gòu)。

類似地，圖11的樣本收集元件1100在基板1110與1120的第一表面1112與1122分別形成凹槽1111與1121。凹槽1111與1121位于樣本容納空間1140內(nèi)，且第一弱化結(jié)構(gòu)1150位于凹槽1111與1121之外。凹槽1111與1121的制作方式與前述凹槽811與821類似，于此不再贅述。此外，圖11的第一弱化結(jié)構(gòu)1150與圖7的第一弱化結(jié)構(gòu)750類似，是對(duì)基板1110與1120局部改質(zhì)所形成的改質(zhì)材料。

應(yīng)注意的是，前述多個(gè)實(shí)施例僅是列舉幾種本發(fā)明可能的樣本收集元件的態(tài)樣。實(shí)際上，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員以前述多個(gè)實(shí)施例的揭露內(nèi)容為基礎(chǔ)，當(dāng)可依據(jù)需求在可能的范圍內(nèi)對(duì)部分特征進(jìn)行調(diào)整、置換。例如，僅在圖5～11的樣本收集元件500～1100的單一個(gè)基板上形成觀測(cè)窗。又或者，僅在圖8～11的樣本收集元件500～1100的單一個(gè)基板上形成凹槽。

本發(fā)明所提出的樣本收集元件可以整合于晶圓級(jí)制程中，并且結(jié)合現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程及/或微機(jī)電系統(tǒng)制程來實(shí)現(xiàn)批次制造，提高生產(chǎn)效 率。

圖12A繪示依照本發(fā)明之一實(shí)施例的一種樣本收集元件陣列。圖12B為圖12A的樣本收集元件陣列1200沿B-B’線的剖面圖。本實(shí)施例的樣本收集元件陣列1200例如是以硅晶圓或其他母材來進(jìn)行如圖2A～2E所示的制程而形成。相關(guān)的制程步驟類似，于此不再贅述。

如圖12A與12B所示，所形成的樣本收集元件陣列1200包括多個(gè)樣本收集元件1202，其例如是前述多個(gè)實(shí)施例的樣本收集元件200、400、500、600、700、800、900、1000或1100，或其他可能的變化。所述多個(gè)樣本收集元件1202在制作完成后呈陣列排列且相互連接，并且通過樣本收集元件陣列1200上的多個(gè)切割道1204來定義。換言之，在沿切割道1204來切割樣本收集元件陣列1200之后，可以得到相互分離的所述多個(gè)樣本收集元件1202。

針對(duì)樣本收集元件1202中可引用前述多個(gè)實(shí)施例的樣本收集元件200、400、500、600、700、800、900、1000或1100的部分內(nèi)容，于此不再贅述。如圖12B所示，點(diǎn)劃線框S所圍繞的區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)可以被合理置換為圖1B、4A、5、6、7、8、9、10或11所示的樣本收集元件200、400、500、600、700、800、900、1000或1100。

本實(shí)施例可以通過激光切割、刀輪切除或研磨移除等方式，沿著切割道1204來分離樣本收集元件1202。另外，本實(shí)施例選擇在切割道1204的位置形成弱化結(jié)構(gòu)來輔助所述沿切割道的分離步驟。

本實(shí)施例在基板1210的第一表面1212以及基板1220的第一表面1222分別形成第三弱化結(jié)構(gòu)1270，并且在基板1210的第二表面1214以及基板1220的第二表面1224形成相應(yīng)的第四弱化結(jié)構(gòu)1280。此處所指的第三弱化結(jié)構(gòu)1270以及第四弱化結(jié)構(gòu)1280為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較基板1210與1220其他部分低的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，類似于前述實(shí)施例的第一弱化結(jié)構(gòu)以及第二弱化結(jié)構(gòu)，可通過移除部分的基板1210與1220以形成凹陷，或是對(duì)基板1210與1220的局部區(qū)域進(jìn)行改質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)施例的第三弱化結(jié)構(gòu)1270以及第四弱化結(jié)構(gòu)1280位于切割道1204上，而其可能的型態(tài)例如是與切割道1204具有相同布局的網(wǎng)格狀 結(jié)構(gòu)，或沿切割道1204分布的多個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)。

圖13為對(duì)圖12A與12B的樣本收集元件陣列1200進(jìn)行單體化分離的示意圖。由于本實(shí)施例在切割道1204上形成第三弱化結(jié)構(gòu)1270以及第四弱化結(jié)構(gòu)1280，因此當(dāng)?shù)谌趸Y(jié)構(gòu)1270以及第四弱化結(jié)構(gòu)1280受到外力而被破壞時(shí)，位于第三弱化結(jié)構(gòu)1270以及第四弱化結(jié)構(gòu)1280兩側(cè)的基板1210與1220的不同部分可相互分離。換言之，使得兩相鄰的樣本收集元件1202的基板1210與1220通過此動(dòng)作相互分離。在可能的情況下，可以不需要再通過激光切割、刀輪切除或研磨移除等方式來切割樣本收集元件陣列1200，可直接以人工或輔助工具對(duì)樣本收集元件陣列1200施力，便可分離出多個(gè)樣本收集元件1202。

此外，如圖12B所示，為了有效分離兩相鄰的樣本收集元件1202，可以對(duì)第三弱化結(jié)構(gòu)1270的底部與第四弱化結(jié)構(gòu)1280的底部的第二距離L2進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，可使所述第二距離L2小于或等于基板厚度的二分之一。例如，若基板1210或1220的厚度為400微米，則第二距離L2設(shè)計(jì)為50微米。另，相較于前述第一弱化結(jié)構(gòu)250的底部與第二弱化結(jié)構(gòu)260的底部的第一距離L1，所述第二距離L2可被設(shè)計(jì)為小于第一距離L1。如此，可以避免在沿切割道分離兩相鄰的樣本收集元件1202時(shí)，基板1210與1220沿著第一弱化結(jié)構(gòu)1250的底部與第二弱化結(jié)構(gòu)1260斷裂。

換言之，通過前述設(shè)計(jì)，甚至可以在不使用任何激光或機(jī)械切割機(jī)臺(tái)的情況下，完成樣本收集元件陣列1200被分離為多個(gè)樣本收集元件1202，并且將樣本收集元件1202制備為如圖3C所示的干燥樣本試片200a。具體為，在完成樣本收集元件陣列1200的制作之后，先沿著切割道1204對(duì)第三弱化結(jié)構(gòu)1270以及第四弱化結(jié)構(gòu)1280施加外力，以分離出多個(gè)樣本收集元件1202。之后，再進(jìn)行例如圖3A～3C所示的步驟，填入液態(tài)樣本310、干燥液態(tài)樣本310，并且再次施加外力破壞第一弱化結(jié)構(gòu)250以及第二弱化結(jié)構(gòu)260，以形成如圖3C所示的干燥樣本試片200a。

在本實(shí)施例中，第三弱化結(jié)構(gòu)1270例如是與第一弱化結(jié)構(gòu)250在 如圖2C所示的同一個(gè)步驟中形成。更具體而言，除了如圖2B所示圖案化第一表面202a的絕緣硅層204之外，也通過類似的蝕刻技術(shù)來圖案化接合層206，以定義出第三弱化結(jié)構(gòu)1270的位置。如此，在后續(xù)圖2C所示蝕刻半導(dǎo)體基材202的步驟中，可同時(shí)形成第一弱化結(jié)構(gòu)250與第三弱化結(jié)構(gòu)1270。此時(shí)，若是采用電漿蝕刻等干式蝕刻技術(shù)來形成第一弱化結(jié)構(gòu)250與第三弱化結(jié)構(gòu)1270，則如圖12B所示，所形成的第一弱化結(jié)構(gòu)250的深度D1實(shí)質(zhì)上等于所形成的第三弱化結(jié)構(gòu)1270的深度D2。

以下進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明第三弱化結(jié)構(gòu)以及第四弱化結(jié)構(gòu)可能的變化。圖14～16分別繪示依照本發(fā)明其它實(shí)施例的多種樣本收集元件陣列。

圖14繪示的樣本收集元件陣列1400與前述實(shí)施例的樣本收集元件陣列1200大致相同，因而針對(duì)相同或可理解的技術(shù)內(nèi)容，于此不再重復(fù)贅述。本實(shí)施例的樣本收集元件陣列1400與前述實(shí)施例的樣本收集元件陣列1200的差異點(diǎn)包括：本實(shí)施例的第三弱化結(jié)構(gòu)1470例如是對(duì)基板1410與1420局部改質(zhì)所形成的改質(zhì)材料。更具體而言，以美國(guó)專利US6992026隱形激光切割技術(shù)或是局部離子布植及熱處理等改質(zhì)方法來取代蝕刻步驟，以對(duì)基板1410與1420的局部區(qū)域進(jìn)行改質(zhì)，而形成本實(shí)施例所示的材料，例如為多晶硅化且具有高密度晶格錯(cuò)位結(jié)構(gòu)的第三弱化結(jié)構(gòu)1470。

圖15繪示的樣本收集元件陣列1500與前述實(shí)施例的樣本收集元件陣列1200大致相同，因而針對(duì)相同或可理解的技術(shù)內(nèi)容，于此不再重復(fù)贅述。本實(shí)施例的樣本收集元件陣列1500與前述實(shí)施例的樣本收集元件陣列1200的差異點(diǎn)包括：本實(shí)施例的樣本收集元件陣列1500的基板1510與1520外側(cè)不具有第四弱化結(jié)構(gòu)。換言之，在可以實(shí)現(xiàn)基板1510與1520沿切割道分離的前提下，本發(fā)明可以只選擇在基板1510與1520內(nèi)側(cè)形成第三弱化結(jié)構(gòu)1570，而省略外側(cè)的第四弱化結(jié)構(gòu)。

圖16繪示的樣本收集元件陣列1600與前述實(shí)施例的樣本收集元件陣列1400大致相同，因而針對(duì)相同或可理解的技術(shù)內(nèi)容，于此不再重 復(fù)贅述。本實(shí)施例的樣本收集元件陣列1600與前述實(shí)施例的樣本收集元件陣列1400的差異點(diǎn)包括：本實(shí)施例的樣本收集元件陣列1600的基板1610與1620外側(cè)不具有第四弱化結(jié)構(gòu)。換言之，在可以實(shí)現(xiàn)基板1610與1620沿切割道分離的前提下，本發(fā)明可以只選擇在基板1610與1620內(nèi)側(cè)形成第三弱化結(jié)構(gòu)1670，而省略外側(cè)的第四弱化結(jié)構(gòu)。

雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。