[发明专利]一种表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳芯片加工制造领域，涉及一种表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法，特别是涉及一种多重自组装单层膜批量化集成制造的方法。

背景技术

微流控芯片，又称微全分析系统，因其具有低能耗、低样本消耗和芯片尺寸小等优势，在生化分析领域展现了巨大的研究潜力。在基于微流控芯片的生化分析中，微流体的混合、分离、反应等是芯片所要具备的基本功能。传统的微流控芯片一般是通过在芯片通道中刻蚀出复杂的三维微结构(IEEE MEMS2011,184-187)来实现相应的功能。这类技术需要昂贵的工艺成本和冗长的芯片制作时间。近期，通过在微通道表面修饰图案化自组装单层膜(self-assembled monolayers,SAMs)对流体在不同位置形成差异化的流阻以实现对微流体的控制成为了一个新的研究热点(Lab on a Chip,2011,11,2030-2034)。但此类的研究多采用液相法(即向芯片通道内部注入含有SAM前驱体的甲苯或乙醇等有机生长溶液)生长SAMs，其在微通道表面修饰的SAMs厚度和密度的一致性难以保证。此外，SAMs极易在某些微区域发生团聚，如果在细小的微通道中，甚至会发生堆叠甚至堵塞，从而影响芯片的成品率。综上，液相法生长SAMs，不仅耗时长(反应时间通常在10小时以上)，可控性差(精度低)，而且也难以实现微芯片的圆片级批量化制造。

本发明提出一种仿IC(集成电路)的批量化多重自组装单层膜制备工艺，以硬掩膜替代传统的石英掩膜，通过深紫外光局域性去除自组装单层膜，并同时在该区域生成新的活性位点(硅羟基)以生长另一种自组装单层膜。多次重复以上步骤，即可实现多种自组装单层膜的批量化集成制造。

申请人的研究发现，紫外光虽然可以透过石英基材，但以传统的石英类掩膜版局域化去除SAMs具有时间长的劣势(单次去除时间往往长达十几个小时)，而采用具有镂空结构的硬掩膜则仅需要半小时。此外，考虑到后一步需要生长的SAM在其生长过程中，有可能会覆盖到前一次生长SAM的表面，从而改变前一次生长SAM的表面特性。对此，申请人提出了按照表面能由低到高的次序逐次生长自组装单层膜的方法。利用自发吸附过程中表面能量只能降低的特性，有效屏蔽了后一步需要生长的SAM沉积过程中对已沉积自组装单层膜的影响，使新自组装单层膜自动生长在我们规定的区域。由于本发明采用了仿IC的工艺方法，因此不仅可以实现批量化制造，还可以使纳米制造工艺与传统的微加工工艺相兼容，这让新型生化分析芯片的批量化制造成为可能，对推动该研究领域的产业化有着积极的意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法，用于解决现有技术中微通道表面修饰的自组装单层膜厚度和密度的一致性差，并且生长耗时长、可控性差、难以实现批量化制造等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法，所述制造方法至少包括：

1)提供一表面具有微通道和储液池的基底，在所述微通道和储液池中生长第一自组装单层膜；

2)提供一具有镂空结构的硬掩膜，与所述基底对准后，利用紫外光穿过镂空结构辐照至第一自组装单层膜的局部区域，使所述第一自组装单层膜的局部区域被氧化去除；

3)在去除第一自组装单层膜的区域生长第二自组装单层膜；

4)重复步骤2)，局部去除所述第一自组装单层膜的另一局部区域，并在这一区域生长第三自组装单层膜；

5)继续重复上述去除和生长步骤，实现多重自组装单层膜在圆片级基底表面的集成生长。

作为本发明表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法的一种优化方案，所述步骤1)中采用光刻和湿法腐蚀的方法在所述基底上形成微通道和储液池。

作为本发明表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法的一种优化方案，所述步骤1)中生长第一自组装单层膜之前还包括：首先，在基底表面除微通道和储液池外的位置沉积保护层；然后，对所述基底进行等离子体或紫外光清洗。

作为本发明表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法的一种优化方案，所述保护层为铬/金材料。

作为本发明表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法的一种优化方案，所述自组装单层膜以与基底形成共价键的方式附着在基底表面。

作为本发明表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法的一种优化方案，所述自组装单层膜通过硅烷偶联剂生长在所述基底上。

作为本发明表面多功能化微流控芯片的圆片级制造方法的一种优化方案，所述基底为硅片或玻璃片。