[發明專利]多通道石英晶體微天平芯片的制作裝置

有效

• 申請號: 201610130772.6
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105675096B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 永遠;謝小川;陳大志;黃小霞
• 申請（專利權）人: 成都柏森松傳感技術有限公司
• 主分類號: G01G3/13
• 分類號: G01G3/13;G01G3/16;H01L41/29
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種多通道石英晶體微天平芯片的制作裝置，屬于石英晶體微天平的微加工領域。

背景技術

石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance，QCM)是一種聲波厚度剪切模式傳感器，由一塊具有壓電效應的石英晶體片和成對的電極組成。根據外部物理載荷的特點，QCM分為重量載荷和粘彈性載荷兩類。重量載荷是沉積在電極表面的附著物，其引起QCM諧振頻率變化，主要應用在物理蒸發沉積過程的厚度監測；粘彈性載荷是QCM處于粘彈性介質環境中產生的載荷，液體的粘度和密度導致諧振頻率變化，其主要應用于生物和化學傳感。QCM在傳感領域具有高靈敏度、高穩定性、低成本、快速響應和免標記檢測等特點，應用還包括：電化學、分析化學和免疫分析、病毒檢測、蛋白質互相作用監測等多個領域。

單個QCM面臨的主要技術缺陷為測量參數受環境變量如溫度、粘度、傳導率影響較大，AT石英具有較低的溫度系數，其應用雖然能減弱溫度的影響，但溫度和其他影響因素仍不能消除。多通道石英晶體微天平(Multichannel Quartz Crystal Microbalance，MQCM)是在一塊石英晶體上陣列多個QCM，選用一個QCM通道作為參照，放置于其他通道相同的環境變量中，其測量的頻率變化即為環境引起，再通過作差的方法消除環境變量的影響。另外，還可通過在MQCM不同通道上修飾不同的傳感層，實現多成分分析。此外，MQCM還具有匹配性好、集成化程度高、成本低、樣品需求少的優勢，提供了一個高穩定性、多功能的傳感器平臺。然而，在MQCM系統中，單個QCM誘導的聲波沿石英晶片側向傳播一定距離，如果另一個QCM位于此聲場附近，聲波干涉便形成，只有當相鄰QCM間距足夠大時，干擾問題才能消除。因此，MQCM技術面臨著聲波干擾問題，其不僅影響其性能和測量結果的準確性，而且約束其小型化。通過在電極區域加工凹孔形成反臺面結構是一種減小MQCM中相鄰QCM干擾的方法。根據QCM固有諧振頻率反比于電極區域晶片厚度，反臺面結構凹孔的加工使得反臺面結構使得電極區域諧振頻率大于非電極區域諧振頻率，從而加大電極區域和非電極區域的固有諧振頻率的差異，厚度剪切聲波的能量更好的限制在電極區域、減小向相鄰QCM傳播的能量，最終有效的減小MQCM的聲波干擾。

帶有反臺面結構的QCM的加工方法分為兩類：傳統的化學刻蝕方法和離子刻蝕方法。傳統的化學刻蝕方法是利用氫氟酸能與石英晶體反應，而光刻膠或部分金屬膜不與氫氟酸發生反應的原理加工反臺面結構。即首先在晶體表面涂覆不與氫氟酸發生反應的光刻膠或金屬膜，然后通過曝光、顯影方法去除電極區域對應的光刻膠、金屬膜，暴露出其下的晶片，再將晶片直接與含刻蝕劑HF、緩沖劑NH₄F的溶液反應。沒有光刻膠或金屬膜保護的電極區域與刻蝕劑反應，其他部分不與刻蝕液反應，即形成具有一定深度的凹孔。加工MQCM時則是通過反復上述的操作，加工出多個反臺面結構，最后鍍電極形成MQCM芯片。通過化學刻蝕方法制作MQCM存在以下缺點：1)工序復雜；2)HF毒性大，操作危險；3)由于HF與接觸的石英晶片都會反應，導致得到的凹孔尺寸不規則；4)涂布光刻膠、金屬膜容易引起晶片污染。

離子刻蝕的方法是指將Ar、Kr或Xe之類的惰性氣體或可與芯片材料反應的HF氣體電離形成離子，射向晶片表面，產生碰撞，使原子拋離晶體表面，便形成反臺面結構，再鍍電極形成QCM芯片。但目前這種方法主要用于制作單個反臺面結構QCM，并未推廣到MQCM的制作。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種多通道石英晶體微天平芯片的制作裝置。該裝置不僅可以通過離子刻蝕方法一次性在石英晶片上加工多個不同深度的反臺面結構，還可同時在石英晶片上鍍電極，制作多通道石英晶體微天平芯片，節約了制作成本、提高了制作效率。

本發明實現其發明目的所采取的技術方案是：一種多通道石英晶體微天平芯片的制作裝置，包括電極加工部件和芯片固定部件，其特征在于：所述電極加工部件由位于下部的共用電極加工板和通過可拆卸方式固定于共用電極加工板上部的功能電極加工板構成，所述共用電極加工板上有至少一個用于加工共用電極的共用電極孔，功能電極加工板上與所述每個共用電極孔對應的區域處開有至少兩個用于加工功能電極的功能電極孔；所述芯片固定部件可將芯片固定于共用電極加工板和功能電極加工板之間，并覆蓋每個共用電極孔；所述功能電極加工板的上部還設置有可遮擋部分功能電極孔的遮擋部件，用于加工反臺面結構。