检测体液中的成分的微加工的传感器和方法与流程

本发明涉及检测或感测体液中的成分的水平的微加工的传感器和方法。

背景技术：

存在需要检测体液中的成分或感测体液中的成分的水平的许多应用。这些可以是例如诊断疾病、调整药物或检测人体内的不希望或违禁物质。

作为一个示例，葡萄糖监测是日常生活的一部分，对于有糖尿病的人来说尤其如此。为了适应正常生活，糖尿病个体需要准确且频繁地测量体内（优选少量体液中）的葡萄糖水平。确定血糖水平的最常用方法是使用一次性葡萄糖测试条和葡萄糖计（参见US 5951836）。为了提取血液，刺血针刺破手指并将一滴血放在该条上。葡萄糖测试条的主要缺点是来自使用刺血针提取血液的疼痛以及皮肤损伤。

现有技术中已经提议了测量葡萄糖水平的其它方法。主要目标是开发一种无创伤性方法（参见“The Pursuit of Noninvasive Glucose: Hunting the Deceitful Turkey”, John L. Smith, Second edition 2011）。测量技术从分光镜、光学、光散射、呼吸和经皮技术变动。技术主要因为难以获得准确的葡萄糖测量结果而失败。然而，已经表明间质液（ISF）中的葡萄糖水平与血糖水平非常相关（Suresh等人的“Comparison of glucose concentration in interstitial fluid, and capillary and venous blood during rapid changes in blood glucose levels”, Vol 3, No 3, 2001 , Diabetes Technology and Therepeutics）。

将微加工用于降低针头的尺寸以便使不适最小化是对药物的经皮递送的快速开发的研究竞技场。这样的微针头已经被开发用于提取ISF经皮吸收，参见US7753888。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于体液中的成分的快速且准确检测的传感器。

因此，本公开涉及一种用于检测体液中的成分的微加工的传感器。该传感器包括：用于接收体液样本的入口装置；和连接到该入口装置以用于接收来自该入口装置的体液样本的流体腔。该传感器还包括作为RF谐振腔的微波谐振器。该微波谐振器是将电磁场限制在封闭的（或大部分封闭的）金属结构中的电磁电路。该结构或者是中空的或者被填充有介电材料。它通过一个或若干个谐振频率来表征。RF谐振腔通过壁来划界，并且其中壁中的至少一个进一步形成分离壁，从而将流体腔和RF谐振腔分离开。分离壁被配置成使得流体腔中的体液的介电性质提供对RF谐振腔的电磁性质的影响。

由此提供一种传感器，其借助于利用RF腔谐振模式中的一个或若干个的扰动来提供体液中的成分的快速且准确检测。与RF腔相关联的谐振频率是腔的尺寸以及引入RF腔中的或紧靠着腔的任何介电材料（例如气体、液体或固体材料）的函数。可以通过电容性或电感性耦合来实现到RF腔外部的介电材料的耦合。

分离壁可以包括膜。因此，RF谐振腔和流体腔可以被布置成彼此紧靠以能够实现流体腔中的流体的性质与RF谐振腔的电磁性质的良好耦合。

RF谐振腔的壁可以被至少部分金属化，而RF耦合区可以被提供在分离壁处，以使得将RF谐振腔耦合到流体腔。RF耦合区可以是分离壁的非导电和/或非金属化区。由此RF谐振腔可以被电磁耦合到流体腔中收集的任何体液。

可以以对于所考虑流体内的给定介电损耗来优化对体液内的成分的耦合水平以及由此的敏感性的这样方式来对RF谐振腔进行尺寸确定（dimension）和设计。当介电损耗太高时，对体液的耦合被降低，因而敏感性降低。

流体腔可以包括延伸到RF谐振腔中的一部分，并且分离壁可以包括对凸出到RF谐振腔中的流体腔的该部分划界的介电材料的壁。

由此可以确定流体腔的一部分中的体液的介电性质。这还能够实现RF谐振腔和流体腔之间的电磁相互作用的其它模式。

RF谐振腔可以被形成为具有宽度、长度和高度的立方体体积、或者具有高度和直径的圆柱体体积。

RF谐振腔可以包括调谐柱或多个调谐柱。可以用介电或金属化的导电壁两者来形成该调谐柱。

由此可以调谐RF谐振腔的谐振频率。这可以被用来降低RF谐振腔的谐振频率以便使该腔小型化。通过在RF谐振腔中提供调谐柱或多个调谐柱，可以获得较小尺寸的腔以及因此具有较小占用空间的传感器。这对于成批微加工的器件来说是非常有利的，因为可以增加成批加工的传感器的数目，从而降低每个传感器的成本。

调谐柱可以是立方体的、立方体的或圆柱体，因此具有宽度、长度和高度。调谐柱可以位于RF谐振腔中心处，或者在与分离壁相对的腔的壁处。调谐柱的横向尺寸可以具有RF谐振腔的横向尺寸的通常大约20-70%或大约60%的长度和宽度。

调谐柱或多个调谐柱可以被配置成在RF谐振腔中、在分离壁附近提供间隙。因此，可以相对于RF谐振腔的高度来选择调谐柱的高度以便调谐该腔的谐振行为。

调谐柱可以被尺寸确定成提供间隙（调谐柱的一侧和RF谐振腔之间的距离），其是RF谐振腔的高度的1-10%，通常RF谐振腔的高度的2%。较小的间隙可以能够实现RF谐振腔的较高程度的小型化，但是会使Q因数降低。Q因数是在谐振频率处评估的在一个周期期间所存储的最大能量和谐振器中耗散的能量之间的比率。

流体腔延伸到RF谐振腔中的该部分可以在RF谐振腔内的间隙上延伸。由此该部分中的流体可以提供对RF谐振腔的谐振的影响。

流体腔的尺寸可以是100μm或更多，优选地200μm或更多。

传感器可以包括连接到流体腔以用于从流体腔排出流体的流体出口。由此可以借助于传感器中的毛管吸力来提取和运送体液。

流体出口可以延伸通过调谐柱。

可以在RF谐振腔的一端处引入电磁（RF）能量并且在同一端处通过电容性或电感性耦合来去除该电磁（RF）能量，或者可以在谐振腔的一端处引入电磁（RF）能量并且在谐振腔的另一端处通过电容性或电感性耦合来去除该电磁（RF）能量。这可以例如通过布置在谐振腔中的一个或多个耦合槽来完成。

可以以RF腔从流体腔完全封离的这样的方式来配置传感器。由此流体腔中的体液可以被电容性或电感性地耦合到RF谐振腔，但是从RF谐振腔分离。

入口装置可以包括用于提取体液样本的至少一个中空微针头，优选地多个中空微针头，更优选地10个到100个微针头。由此可以在患者具有最小不适的情况下将诸如间质液（ISF）或血液之类的体液提取并引入到传感器中。

该至少一个微针头可以包括毛细管孔，例如单个毛细管孔。由此可以借助于通过微针头、流体腔和流体出口的毛管吸力来提取体液。替代地或者另外，可以将吸力施加于流体腔或流体出口。

可以在远端处为至少一个微针头提供盖子以用于保护毛细管孔防止堵塞，由此在垂直于微针头的轴向或纵向延伸的微针头的横向方向上提供毛细管孔的至少一个开口。

可以在横向方向上在微针头的周边周围提供多个开口。可以在沿着微针头的纵向延伸的大约中间提供至少一个开口。由此促进体液的提取并且进一步降低堵塞的风险。

至少一个微针头的毛细管孔可以被提供有亲水面。由此可以帮助体液的毛细流动。

微针头可以包括沿着微针头的纵向方向延伸的多个切割元件。从而皮肤可以被切割并开口以促进体液的提取。

至少一个微针头可以具有200-1000μm的长度（优选地400-900μm的长度、更优选地500-600μm的长度），以及50-200μm的外径（优选地80-150μm的外径）。由此该微针头具有适合于穿透皮肤并提取体液的尺寸。

至少一个微针头可以至少部分被尺寸确定成支撑手指尖端的框架结构包围。由此该手指尖端的皮肤可以被支撑和拉紧以促进该至少一个微针头到皮肤中的穿透。

尺寸确定成支撑手指尖端的框架结构是沿着该至少一个微针头的纵向方向突出的环形结构，并且优选地具有1-5mm的直径（更优选地2-3mm的直径）。

传感器可以被配置用于检测体液中葡萄糖的水平，即葡萄糖传感器。由此可以提供用于快速且准确地检测体液中葡萄糖水平的传感器。

本公开还涉及一种检测患者体液中的成分的方法，其包括提供如本文公开的传感器，在入口装置处提供体液样本，将流体样本接收在流体腔中，通过用RF信号激励RF谐振腔且检测RF响应来执行RF测量，以及基于所执行的RF测量来检测成分。

该成分的检测可以基于将一个或两个端口耦合结构用于RF腔体谐振器中的振荡器电路。RF测量可以基于滤波器设计以及1或2端口腔体谐振器。

RF测量可以基于谐振器读出和1或2端口测量。

检测成分的步骤可以包括基于所执行的RF测量来确定该成分的水平。

该体液可以是血液和/或间质液（ISF）。

该成分可以是葡萄糖。

为了使设备小型化，可以以范围为2-50GHz的频率（更优选地范围为8-20GHz的频率、最优选地范围为16-18GHz的频率）来执行RF测量。

附图说明

现在作为示例参考附图来描述本发明，其中：

图1以透视图示出根据第一示例的微加工的传感器。

图2以截面视图示出根据第一示例的微加工的传感器。

图3以分解图示出根据第一示例的微加工的传感器。

图4示出传感器的微针头的透视图。

图5示出传感器的微针头的各种截面视图。

图6示出用于传感器的电子读出电路。

图7以截面视图示出根据第二示例的微加工的传感器。

图8示出根据第二示例的微加工的传感器的一部分的特写图。

图9概述微加工如本文公开的用于传感器的微针头晶圆的工艺步骤。

图10概述根据第一示例的微加工流体腔晶圆的工艺步骤。

图11概述结合微针头晶圆和流体腔晶圆的工艺步骤。

图12概述根据第一示例的微加工RF谐振腔晶圆的工艺步骤以及结果得到的传感器的截面。

图13概述根据第二示例的微加工流体腔晶圆的工艺步骤。

图14示出根据第二示例的结果得到的传感器的截面。

具体实施方式

在下文中，公开检测或感测体液中的成分的水平的微加工的传感器和方法的各种实施例的详细描述。

在图1中，示出用于检测体液中的成分的微加工的传感器1的第一示例。该传感器被提供有用于接收体液样本的入口装置2，其处于多个中空微针头3的形式。该中空微针头被提供用于从用户最小创伤性地提取体液样本。术语最小创伤性意味着在微针头的进入点处存在对生物组织的最小损伤，因此降低了患者的不适。微针头以5×5个针头阵列布置，即在这种情况下为25个微针头。

环形框架结构4包围微针头。环形结构的内径在1-5mm（通常地2-3mm）的范围中，并且因此被尺寸确定成支撑手指尖端。微针头的尖端受到环形框架结构的上表面的保护，以使得它们不会突出超过此上表面。因此在传感器的加工和处理期间保护针头以防破损，并且在加工和处理期间可以用保护膜密封传感器。环形结构具有压向微针头的手指尖端的皮肤可能进入张力的效果，由此促进微针头通过皮肤的穿透。

在图2中，以截面示出图1中示出的传感器1。微针头3每个包括单毛细管孔5，并且传感器还包括连接到微针头以用于接收由微针头提取的体液样本的流体腔6。经由用于毛细管流体运送的钻孔7将每个微针头连接到流体腔。该流体腔通过流体出口8向周围环境开放以能够实现体液的毛管吸力。该传感器是由堆叠在一起的针头晶圆9、流体腔晶圆10和RF腔体晶圆11微加工的。

用具有比膜的横向延伸更小得多的厚度的膜12来形成流体腔6的底部（即流体腔面对RF腔体晶圆11的侧）。该膜的厚度可以处于1-2μm的范围中。用介电材料（例如硅）来形成该膜。

该传感器还包括形成在RF腔体晶圆11中的RF谐振腔13。该RF谐振腔通过至少部分被金属化以限制电磁场的壁14来划界。该RF谐振腔面对流体腔的膜，由此膜形成对RF腔划界的壁的一部分。该膜因此形成分离壁15，从而将流体腔与RF谐振腔分离。

使得RF腔的壁14是导电的。然而，在膜12处，由膜定义的壁的一部分16在金属化中被留有开口。膜的材料本身是介电材料。由此分离壁被配置成使得流体腔中的体液的介电性质对RF谐振腔的电磁性质提供影响。此外，被配置用于将RF能量耦合到谐振腔以及从谐振腔耦合出RF能量的一个或多个耦合槽被提供为开口，或在没有任何金属化的情况下提供该一个或多个耦合槽。

RF谐振腔13被形成为立方体腔。谐振腔具有外部尺寸，所述外部尺寸具有1-3mm范围中（优选地2-2.5mm范围中或大约2.4mm）的长度、1-3mm范围中（优选地2-2.5mm范围中或大约2.4mm）的宽度和0.5-1mm范围中（优选地0.6-0.8mm范围中或大约650μm）的高度。在RF谐振腔中，通过从该腔的与分离壁相对的侧突出，具有立方体形状的调谐柱17突入到该腔中。调谐柱具有调谐RF谐振腔的谐振行为的功能。调谐柱的壁通过金属化层或通过其它装置而是导电。

位于RF谐振腔中的调谐柱主要扰动腔内的电场或磁场分布。该调谐柱由此减小或增加腔体谐振器的谐振频率。调谐柱的大小和位置（宽度、长度和高度）确定谐振频率的移动。因此可以通过调谐柱的几何形状和位置的选择来针对给定谐振频率使RF谐振腔的大小小型化。在所示的示例中，调谐柱具有1440μm×1440μm×637μm的宽度×长度×高度。

通常，对于谐振基模（即立方体腔的TE101模式），关于RF谐振腔中存在的电磁场来计算至少一个调谐柱17的尺寸、几何形状和位置。这样尺寸和放置的调谐柱可以以这样的方式生成谐振的基模或其它模式的谐振频率的变化。通过将至少一个调谐柱放置在腔的中心，将基模的谐振频率最小化且反过来通过将至少一个调谐柱放置在RF谐振腔的一侧处来增加基模的谐振频率。因此，可以通过至少一个调谐柱的适当设计和放置来修整（tailor）基模的谐振频率。

通过如图2中所示在RF谐振腔13的中心提供调谐柱17，可以在保持腔体的某一基本谐振频率的同时使该谐振腔的尺寸最小化。这是重要的，以便将传感器的尺寸最小化。通过将传感器的占用空间最小化，可以在单批传感器中加工更多数目的传感器，由此降低每个传感器的成本。

可以通过应用扰动理论来计算谐振频率的移动（R.E. Collin, Foundations for microwave engineering, McGraw-Hill, New York, 1966）。场分布被用来计算存储在初始腔体积中的电能W_e和磁能W_m、以及存储在对应扰动体积中的电能和磁能ΔW_e和ΔW_m，分别被如下评估：

其中对于W_e和W_m来说积分体积是v=a×d×b，并且对于ΔW_e和ΔW_m来说积分体积是v=W×L×Hbox。另外，E₀和H₀分别是未扰动的电场和磁场。频率移动被评估为存储在扰动体积中的磁能和电能之间的差比存储在腔体中的总能量的分数：

，

其中f和f₀分别是被扰动和未被扰动的谐振频率。

调谐柱的横向尺寸越大，调谐柱的体积中的等效存储能量就越大。所存储的电能比所存储的磁能更高，因为该柱位于腔体谐振器中心，在那里对于TE101模式而言电场是主导的。在此特定情况下，柱扰动的结果是谐振频率的降低。

调谐柱被尺寸确定成在调谐柱17和膜12之间提供间隙18。在所示的示例中该间隙是13μm宽。调谐柱和间隙的尺寸被仔细选择以调谐腔室的基本谐振频率并且提供谐振腔到流体腔的高效耦合。

在图3（a）中，示出尺寸为a×d×b的RF谐振腔13，其具有尺寸为W×L×H_box的位于中心的调谐柱17。频率移动（f-f₀）/f₀被绘制为该腔体和柱的横向尺寸的比（水平轴线：以百分比计的W/a）和H_box与b的比（从0到0.9）的函数。对于具有接近60%的W/a的比的相对为高的调谐柱（H_box/b=0.9），频率移动是最高的。

在图4中示出微针头3的示例。该微针头具有细长的形状，其具有基底部分19和尖端部分20。该基底部分是圆柱体的并且形成毛细管孔5。该尖端部分包括用于保护毛细管孔的盖子21。通过围绕微针头的周边形成多个开口23的一组细长元件22来在基底部分中支撑该尖端部分。这些细长元件沿着微针头的纵向方向延伸并且还用作用于切割皮肤的切割元件。

在图5中，以三个不同截面A-A、B-B和C-C来示出微针头3。在截面A-A中，示出形成用于将流体运送到流体腔的毛细管孔5的基底部分。由多个细长元件22来支撑盖子。在所示的示例中，细长元件的数目是5，但是细长元件的数目可以在2-20的范围中。在截面B-B和C-C中，示出了细长元件朝向微针头的尖端部分缩小以形成用于在穿透期间切割皮肤的切割元件。

在如图1-2中示出的传感器的操作期间，手指尖端压向微针头3并且被环形框架结构4支撑。然后皮肤被支撑结构拉伸，以使得促进微针头通过皮肤的穿透。通过借助于针头的锋利尖端部分并且借助于细长的切割元件切割皮肤来将微针头穿透到皮肤中。借助于微针头的多个开口来提取手指皮肤中的或下面的体液。该体液可以是例如血液或间质液。通过毛管吸力将体液提取到毛细管孔中。盖子降低了微针头的毛细管孔被来自手指的组织材料堵塞的风险。

此后例如通过毛管吸力将体液样本运送到流体腔并收集在其中。

为了分析例如体液的葡萄糖含量，监测腔体谐振器的扰动。葡萄糖含量将改变流体腔中收集的体液的介电常数，其继而将影响RF腔体谐振器的谐振。因此RF腔体谐振器的频率响应可以被用来监测体液中的介电常数值的任何变化。可以被腔体谐振器检测的变化是腔体谐振器的谐振频率的移动和/或谐振带宽的变化。介电常数计及当在介质中形成电场时遇到的阻抗。探测材料对外部场的响应取决于该场的频率。此频率相关性反映了介质内存储的能量（ε'）和介质内的能量耗散（损失）（ε''）并且通过所施加的场的频率（f）的复变函数来表示：

。

相对于谐振器的品质因数来说，腔体谐振器的谐振在频率上是高度选择性的。探测流体腔中的不同介电材料的影响导致如下的谐振频率的移动和谐振带宽的变化：

和。

在这里，通过和来描述介电常数，最后面的与介质内的能量耗散（损失）有关；V_c和V_s分别是腔体和样本体积；和分别是没有扰动和具有扰动的谐振频率，并且Q_c和Q_s分别是没有扰动和具有扰动的品质因数。在图6中，公开了用于传感器的电子读出电路的基本框图。该读出电路将用于介电表征的高频率转换成基带信号并且可以取回关于谐振频率的信息和品质因数两者。可以设想用来测量振荡器的振荡频率和相位噪声的相位噪声测量技术。于是振荡的频率与谐振频率直接相关，并且振荡器的相位噪声与腔体谐振器的Q因数直接相关。

低相位噪声振荡器包括负电阻电路模块、腔体谐振器和谐振腔和负电阻之间的耦合（在图6中DUT）。用于振荡器的两个实施例是可能的。第一个是反射类型振荡器。它由连接到负电阻电路的一端口谐振器构成。第二个是直通类型振荡器，其中谐振器就像通过有源电路的反馈回路的滤波器那样起作用。

在相位噪声测量技术之中，可以在嵌入式电路中实施“参考源/PLL方法”。图6示出用于使用参考源/PLL技术的相位检测方法的示意性电路。此方法的基础是使用PLL连同用于相位检测（PD）的双平衡混频器（DBM）。

当相位差被设置成90°（正交）时，低通滤波器（LPF）之后输出的电压将是零伏特。在小相角的情况下，在检测器的输出处的LPF输出被简化成与两个输入信号的相位差成比例的电压。这允许测量在具有转换损耗的情况下下混频到基带的相位噪声。来自正交的任何相位波动将导致输出处的电压波动。已经基于相位检测器概念开发了若干方法。在它们之中，参考源/PLL(锁相环)是最广泛使用的方法之一。相位噪声与Q因数成正比，遵循Lesson's方程：

，

其中F是经验参数（常常被称为“设备多余噪声数”），k是玻耳兹曼常数。T是绝对温度，P_sig是所耗散的平均功率，是振荡频率，Q是加载的品质因数，是从载波的偏移并且是和区之间的拐角的频率。

一对振荡器（即感测振荡器和参考振荡器）之间的混频所得到的电压可被用于感测振荡器的频率读出并且随后将提供关于谐振频率和的信息。这是外差频率测量方法。电压波动被馈送到电压到频率转换器，其继而馈送频率计数器以读出频率波动。第二参考振荡器可以是基于频率固定的第二集成腔体谐振器的PLL合成振荡器。

电压控制源（VCO）的信号被与感测振荡器的信号下混频。通过低通滤波器将混频输出连接到锁相放大器（PLL）。噪声输出通常被发送到低噪声放大器，之后是音频频谱分析器、基带分析器。这可以被用于相位噪声测量并且随后将提供关于Q因数和的信息。

图7中示出传感器1的另一实施例。该传感器与先前公开的传感器的不同之处在于通过延伸到RF谐振腔中的小扰动腔室24将RF谐振腔3耦合到流体腔6。借助于连接膜12和调谐柱17的分离壁25将扰动腔室与RF谐振腔分离。这些分离壁没有被金属化，并且它们被尺寸确定成使得在来自分离壁的材料的有限影响的情况下RF能量被耦合到扰动腔室中的流体。扰动腔室被连接到延伸通过调谐柱的流体出口8。另一特征是，因为电磁波通过扰动腔室耦合到流体腔中，所以可以使得用作连接到微针头的流体贮器的流体腔6的尺寸更浅。而且在图中，提供用于将电磁能量耦合到RF谐振腔中且从RF谐振腔耦合出电磁能量的耦合槽26。如图1和2中示出的传感器可以被提供有类似的耦合槽。

在图8中，更详细地示出扰动腔室的构造。在通过膜12划界的流体腔6和调谐柱17之间，通过桥接在膜和调谐柱之间的间隙来使流体腔6的一部分24延伸到RF谐振腔中。流体腔室的此部分被方形结构的分离壁15、25包围。从而通过分离壁15、25来形成扰动腔室24。该壁被配置成使得RF谐振腔中的RF波延伸到扰动腔室中存在的流体中。这意味着例如它们由介电材料制成，并且被尺寸确定成是薄的以将对电磁场的任何影响最小化。此结构的另一优点是它将支撑膜，因此形成更鲁棒的构造。

在下文中，以解释的方式来描述一种微加工传感器的方法。微加工被定义成包括微米范围内的结构的加工技术。最终的部件可以是大约数毫米、或甚至数厘米，包括向下至数亚微米的特征尺寸。微加工可以包括光刻、湿式蚀刻、干式蚀刻（诸如深反应离子蚀刻DRIE）等等中的一个或多个，但是还可以包括电子或离子束加工、等离子束加工、激光加工、静电放电加工、微铣削、微成型、聚合物中的微复制、微固体自由形式制造、微立体光刻、电镀等工艺步骤和方法中的一个或多个。微加工允许可成批制造并且因此以降低的成本来产生的小型化传感器设备。

类似地执行微加工传感器的方法的光刻步骤。光刻术的第一步骤是将晶圆填装在HMDS炉中。这给予稍后涂覆在晶圆上的抗蚀剂更好的粘附力。作为副作用，晶圆还将是疏水性的。

光刻术的下一步骤是抗蚀剂涂覆，诸如用正性抗蚀剂。

光刻术的下面的步骤是在晶圆上创建图案，因而可以稍后创建蚀刻图案。用于不同蚀刻结构和晶圆的掩模被用UV光暴露，从而在抗蚀剂中创建图案。（具有图案的）抗蚀剂在蚀刻期间充当掩模，这允许晶圆被蚀刻并且仅创建想要的图案，并且抗蚀剂保护表面的剩余部分。

此后抗蚀剂的图案被显影并且被硬烘烤。硬烘烤的目的是去除残留溶剂并且改进抗蚀剂的粘附力，因而它将足以保护晶圆。

在硅蚀刻之后，执行抗蚀剂剥离步骤以去除抗蚀剂并接近下一掩模。这是有利的，因为一个掩模可以被去除并且可以用被前一抗蚀剂掩模覆盖的氧化物掩模来执行另一硅蚀刻。

通过将晶圆浸入50% HF中来完成氧化物剥离并且进行氧化物剥离来去除氧化物层。当形成针头时，氧化和氧化物剥离可以被重复直到创建尖端足够锋利的针头为止。

执行氧化物蚀刻以创建氧化物掩模，因为在第一硅蚀刻之后可能没有进行抗蚀剂掩模。因此，在由抗蚀剂创建第一蚀刻图案之前，通过之后是氧化物蚀刻的抗蚀剂来创建第二蚀刻图案。如果之后需要进行硅蚀刻的话，还执行氧化物蚀刻来从晶圆去除氧化物。

在加工传感器方面，三个晶圆被处理并且稍后被结合在一起；

-用于微针头和钻孔的针头晶圆（NW）（例如采用双面抛光（DSP）硅晶圆的形式）。该晶圆可以例如是具有500-1000±25μm厚度的、p掺杂的、1-10Ωcm或等同的普通电阻率的4''的（100）取向硅，

-具有300±15μm厚度的、p掺杂的、1-10Ωcm或等同的普通电阻率的（100）取向硅的流体晶圆（FW）（例如采用双面抛光（DSP）4''硅的形式），

-RF腔体晶圆（CW）（例如采用绝缘体上硅（SOI）晶圆的形式），其具有15μm厚的设备层并且优选地在高电阻率硅中。

晶圆是单结晶硅晶圆，但是还可想到将诸如玻璃、金属和塑料之类的其它材料用在传感器中。传感器的处理包括以下步骤：

-具有通过晶圆的钻孔和微针头的针头晶圆（NW）的图案化和蚀刻，

-流体晶圆（FW）的图案化和蚀刻，

-RF腔体晶圆（CW）的图案化和蚀刻，

-针头晶圆和流体晶圆的结合（例如直接结合），

-流体和RF腔体晶圆的金属化，

-针头/流体和腔体晶圆之间的结合（例如热压缩结合），以及

-将晶圆堆叠切割成单个部件。

在电感耦合等离子体（ICP）深反应离子蚀刻（DRIE）装置中蚀刻该结构。在图9中，示出了加工微针头晶圆的工艺步骤。

该晶圆被提供有热氧化层，通过光刻术对该热氧化层图案化（a）以便用DRIE来蚀刻微针头的孔（b）。之后再次剥离和氧化该结构（c）。顶侧上的氧化物被图案化（星形），并且第二抗蚀剂掩模（圆形）被沉积和图案化（d）。用圆形掩模通过各向同性和各向异性蚀刻的组合来蚀刻微针头（e）。之后通过去除抗蚀剂掩模来将星状物掩模暴露，并且通过各向异性蚀刻来蚀刻针头（f）。之后将氧化物剥离并且微针头被暴露，之后可能是进一步氧化和剥离步骤以使针头的尖端锋利。

图10示出根据如关于图1和2描述的传感器的第一示例的处理流体腔晶圆（FW）的一个示例。通过如上面（a）所述的光刻术向硅晶圆提供氧化物和抗蚀剂掩模。之后通过DRIE来蚀刻流体腔（b），并且使第二掩模（流体出口）暴露。对流体出口进行蚀刻（c）并且将氧化物剥离。

如图11中所示，将针头晶圆（NW）和流体腔晶圆（CW）对准（a）并且通过硅晶圆的直接结合来将其结合（b）。

如图12中所示，根据如本文描述的传感器的第一示例来处理RF谐振腔晶圆（CW）。通过热氧化来使SOI晶圆氧化（a）。将SOI晶圆的设备层向下蚀刻到掩埋氧化层（b）。对氧化物进行图案化以形成氧化物掩模（c）并且沉积和图案化抗蚀剂掩模，之后是耦合槽的蚀刻（d）。之后将抗蚀剂掩模剥离并且对RF谐振腔进行蚀刻，从而留下调谐柱（e）。去除底部金属化且将该结构氧化并且借助于溅射或蒸发将金属层沉积在腔壁上（f）。可以通过电镀来获得较厚的金属化层。而且，将结合的针头/流体晶圆堆叠的底侧金属化。之后在升高的温度（例如400℃）和压力下通过热压缩结合来组装晶圆堆叠和RF谐振腔晶圆（g）。借助于切锯从结合的晶圆堆叠切出单个的传感器元件。

根据如关于图7和8描述的传感器的第二示例，从如图13中示出的SOI晶圆来处理流体晶圆（FW）。该晶圆被氧化并且将氧化层图案化到两侧上以定义用于流体腔和用于扰动腔室的掩模（a）。将抗蚀剂掩模沉积和图案化以用于从流体腔到扰动腔室的通孔的蚀刻（b）。之后通过使用氧化物掩模来蚀刻流体腔和扰动腔室（c）。将晶圆的面对RF腔体晶圆的侧金属化。

类似于上文关于图12描述的内容来处理RF腔体晶圆（CW），加上对通过调谐柱的流体出口的蚀刻。借助于热压缩结合来将晶圆结合并且将其切割成单个传感器部件。在图14中示出结果得到的器件。

具有RF谐振腔的传感器可以被安装在载体上，这意味着该RF腔被密封。该载体可以包括用于通过耦合槽将电磁能量注入到RF腔中的适当的RF传输线。可以通过同一传输线（反射模式）或另一额外的耦合槽（传输模式）来执行感测。