[發明專利]一種表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法

有效

• 申請號: 201410250429.6
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN103991841A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 李昕欣;陳傳釗;許鵬程
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于微納芯片加工制造領域，涉及一種表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法，特別是涉及一種多重自組裝單層膜批量化集成制造的方法。

背景技術

微流控芯片，又稱微全分析系統，因其具有低能耗、低樣本消耗和芯片尺寸小等優勢，在生化分析領域展現了巨大的研究潛力。在基于微流控芯片的生化分析中，微流體的混合、分離、反應等是芯片所要具備的基本功能。傳統的微流控芯片一般是通過在芯片通道中刻蝕出復雜的三維微結構(IEEE?MEMS2011,184-187)來實現相應的功能。這類技術需要昂貴的工藝成本和冗長的芯片制作時間。近期，通過在微通道表面修飾圖案化自組裝單層膜(self-assembled?monolayers,SAMs)對流體在不同位置形成差異化的流阻以實現對微流體的控制成為了一個新的研究熱點(Lab?on?a?Chip,2011,11,2030-2034)。但此類的研究多采用液相法(即向芯片通道內部注入含有SAM前驅體的甲苯或乙醇等有機生長溶液)生長SAMs，其在微通道表面修飾的SAMs厚度和密度的一致性難以保證。此外，SAMs極易在某些微區域發生團聚，如果在細小的微通道中，甚至會發生堆疊甚至堵塞，從而影響芯片的成品率。綜上，液相法生長SAMs，不僅耗時長(反應時間通常在10小時以上)，可控性差(精度低)，而且也難以實現微芯片的圓片級批量化制造。

本發明提出一種仿IC(集成電路)的批量化多重自組裝單層膜制備工藝，以硬掩膜替代傳統的石英掩膜，通過深紫外光局域性去除自組裝單層膜，并同時在該區域生成新的活性位點(硅羥基)以生長另一種自組裝單層膜。多次重復以上步驟，即可實現多種自組裝單層膜的批量化集成制造。

申請人的研究發現，紫外光雖然可以透過石英基材，但以傳統的石英類掩膜版局域化去除SAMs具有時間長的劣勢(單次去除時間往往長達十幾個小時)，而采用具有鏤空結構的硬掩膜則僅需要半小時。此外，考慮到后一步需要生長的SAM在其生長過程中，有可能會覆蓋到前一次生長SAM的表面，從而改變前一次生長SAM的表面特性。對此，申請人提出了按照表面能由低到高的次序逐次生長自組裝單層膜的方法。利用自發吸附過程中表面能量只能降低的特性，有效屏蔽了后一步需要生長的SAM沉積過程中對已沉積自組裝單層膜的影響，使新自組裝單層膜自動生長在我們規定的區域。由于本發明采用了仿IC的工藝方法，因此不僅可以實現批量化制造，還可以使納米制造工藝與傳統的微加工工藝相兼容，這讓新型生化分析芯片的批量化制造成為可能，對推動該研究領域的產業化有著積極的意義。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法，用于解決現有技術中微通道表面修飾的自組裝單層膜厚度和密度的一致性差，并且生長耗時長、可控性差、難以實現批量化制造等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法，所述制造方法至少包括：

1)提供一表面具有微通道和儲液池的基底，在所述微通道和儲液池中生長第一自組裝單層膜；

2)提供一具有鏤空結構的硬掩膜，與所述基底對準后，利用紫外光穿過鏤空結構輻照至第一自組裝單層膜的局部區域，使所述第一自組裝單層膜的局部區域被氧化去除；

3)在去除第一自組裝單層膜的區域生長第二自組裝單層膜；

4)重復步驟2)，局部去除所述第一自組裝單層膜的另一局部區域，并在這一區域生長第三自組裝單層膜；

5)繼續重復上述去除和生長步驟，實現多重自組裝單層膜在圓片級基底表面的集成生長。

作為本發明表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法的一種優化方案，所述步驟1)中采用光刻和濕法腐蝕的方法在所述基底上形成微通道和儲液池。

作為本發明表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法的一種優化方案，所述步驟1)中生長第一自組裝單層膜之前還包括：首先，在基底表面除微通道和儲液池外的位置沉積保護層；然后，對所述基底進行等離子體或紫外光清洗。

作為本發明表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法的一種優化方案，所述保護層為鉻/金材料。

作為本發明表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法的一種優化方案，所述自組裝單層膜以與基底形成共價鍵的方式附著在基底表面。

作為本發明表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法的一種優化方案，所述自組裝單層膜通過硅烷偶聯劑生長在所述基底上。

作為本發明表面多功能化微流控芯片的圓片級制造方法的一種優化方案，所述基底為硅片或玻璃片。