玻璃上的微器件制造技术

本发明专利技术提出了一种在玻璃上制备具有微特征的微器件的方法。该方法包括以下步骤：预设第一玻璃基板，并在所述第一玻璃基板上制备金属图案，预设第二玻璃基板并在所述第二玻璃基板上设一个或多个通孔，在可控的升温中加热所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板，通过加压的方式键合所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板，以形成一个键合基板，其中，所述金属图案嵌于所述键合基板内，在可控的降温中冷却所述键合基板，然后将所述键合基板保持在一个适宜蚀刻的温度，蚀刻所述键合基板内的金属图案，其中，蚀刻剂通过所述通孔流入金属图案，在键合基板内形成的一个空间，其中，所述空间具有微特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提出了一种在玻璃上制备具有微特征的微器件的方法。该方法包括以下步骤：预设第一玻璃基板，并在所述第一玻璃基板上制备金属图案，预设第二玻璃基板并在所述第二玻璃基板上设一个或多个通孔，在可控的升温中加热所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板，通过加压的方式键合所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板，以形成一个键合基板，其中，所述金属图案嵌于所述键合基板内，在可控的降温中冷却所述键合基板，然后将所述键合基板保持在一个适宜蚀刻的温度，蚀刻所述键合基板内的金属图案，其中，蚀刻剂通过所述通孔流入金属图案，在键合基板内形成的一个空间，其中，所述空间具有微特征。【专利说明】玻璃上的微器件
本专利技术涉及制备微器件的
，尤其是，本专利技术涉及一种在玻璃基板上制备微器件的方法。
技术介绍
芯片实验室装置是微机电系统(“MEMS”)装置的一种子装置，也称为微器件，并且通常用于微型化生化的分析和合成。微器件具有微特征，如微通道，微毛细管，微混合器，微加热器，和/或微腔。两个或更多的基板键合在一起，以便一个基板上的微特征对准在第二基板上的微特征，从而形成，例如，微毛细管。这种微毛细管可以容纳将要运输或存储流体(如液体和/或气体)，这些流体用于进行流体的成分之间的化学反应、或分离或混合流体的部分的成分，并随后对流体的成分组分进行化学或物理上的分析，或开启或关闭芯片。与传统系统相比，微器件的某些优势包括低生产成本(由于微量试剂使用)，由于较高的面容比而具有更快的响应时间，由于尺寸小而具有大规模并行的可能，由于大规模生产而使制造费用较低。此外，这种微器件内的微反应器超过传统的比例反应器，带来了一些附加利益，例如，较高的能源效率、反应速度、产量、安全性、可靠性、可扩展性，就地生产或者按需生产、以及更好的过程控制能力。通常，目前的微器件是使用硅基板制造。在硅基板上制造微器件是源于微电子半导体工业已确立起来的工艺。然而，使用传统工序在硅基板上生产这种微器件会导致较高的生产成本。例如，要配置为处理化学或生物样品的硅微器件需要实施类似CMOS过程和进一步的处理，如表面处理，以成为生物适合的微特征。这样的程序使传统制造工艺的成本高昂。此外，传统技术使用调剂聚合物形成的液体的密封方法，如环氧树脂等，这些不适合微器件用于化学或生物的应用。例如，在沿着一个具有微特征的外围的确定位置，调剂一个厚度均匀的材料层是非常困难的。而且，密封材料的性能如多孔性，机械完整性，还有微特征内的有机溶剂材料的干扰，给微器件的操作过程带来了一些挑战。此外，这种密封方法还有电场需要粘合的缺点。上述方法不适合存在于两个基板中间的，需要密封的金属图案上。即使在经过热粘接过程期间细致的热处理之后，延长超过其中之一的基板的金属微特征上的密封仍可能会导致液体泄漏。防止泄漏对流体系统来说是至关重要的，因为泄漏会引起相邻流体的导管的串扰，并产生导致后续样品交叉污染的死区容积。在用于气体系统分析的流体系统中防止泄漏尤其重要，系统中的气体是由通道中的反作用力形成，或系统中的气体被引入液体，以便在芯片上的进行化学反应，如微反应器中化学物质的高通量筛选。因此，需要一种能够在基板上形成微特征的可扩展的生产工艺，所述基板对用于分析化学品和气体具有相对的惰性。此外，还需要两个基板之间简单而有效的键合，以形成一个密封的微器件。
技术实现思路
简而言之，本专利技术提出了一种在玻璃上制备具有微特征的微器件的方法。该方法包括以下步骤:预设第一玻璃基板，并在第一玻璃基板上制备金属图案，预设第二玻璃基板并在所述第二玻璃基板上设一个或多个通孔，在可控的升温中加热所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板，通过加压的方式键合所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板，以形成一个键合基板，其中，所述金属图案嵌于所述键合基板内，在可控的降温中冷却所述键合基板，然后将所述键合基板保持在一个适宜蚀刻的温度，蚀刻所述键合基板内的金属图案，其中，蚀刻剂通过所述通孔流入金属图案，在键合基板内形成一个空间，其中，所述空间具有微特征。在另一个实施例中，提出了一种在玻璃上形成图案的方法。该方法包括以下步骤:预设一个玻璃基板，在所述玻璃基板上制备第一金属图案，在可控的升温中加热所述玻璃基板，将所述第一金属图案嵌于所述玻璃基板内，在可控的降温中冷却所述玻璃基板，在所述的玻璃基板上制备第二金属图案，在可控的升温中加热所述玻璃基板，将所述第二金属图案嵌于所述玻璃基板内，在可控的降温中冷却所述玻璃基板，然后将所述玻璃基板保持在一个适宜蚀刻的温度，蚀刻掉所述第二金属图案，以形成一个空间，其中，所述空间具有微特征。在另一个实施例中，提出了一种包括一个键合玻璃基板和多个微特征的玻璃微流体装置。所述微特征通过包含以下步骤的过程形成，在第一玻璃基板上制备一个金属图案，预设第二玻璃基板并在所述第二玻璃基板上设一个或多个通孔。在所述第二玻璃基板上制备有源元件，在可控的升温中加热第一玻璃基板和第二玻璃基板，通过加压的方式键合所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板，以形成一个键合玻璃基板，其中，所述金属图案和所述有源元件嵌于所述键合玻璃基板内，在可控的降温中冷却所述键合玻璃基板，然后将所述键合基板保持在一个适宜蚀刻的温度，蚀刻所述键合玻璃基板内的金属图案，其中，蚀刻剂通过所述通孔流进金属图案，在所述键合玻璃基板内形成一个空间，其中，所述空间具有微特征，所述有源元件保留在原处。【专利附图】【附图说明】通过阅读以下关于附图的详细说明，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更好理解，在全部附图中相同的标记指示相同的部分，其中: 图1A-1H是在玻璃基板上形成图案的示例性工序的各个步骤的示意图； 图2A-2K是在玻璃基板上形成图案的示例性工序的各个步骤的示意图； 图3是在玻璃基板上形成图案的另一种示例性工序的各个步骤的示意图； 图4是本专利技术的一个实施例中玻璃基板内的微特征的俯视图；以及 图5是本专利技术一个实施例中玻璃基板内的微特征的俯视图。【具体实施方式】芯片实验室设备的一个例子是微器件，其中，所述微器件包括微特征，如通过微通道和微腔的网络促进生化反应发生的微反应器。正如本文所述，术语“微特征”是指“微通道”、“微反应器”、“微混合器”和/或“微腔”以及“微加热器”。在下文中，术语“微系统”是指包含另外的微特征的微型器件和微型系统。一般说来，适用于生化反应的微器件也被称为微流体装置。此类反应可用于分析样品中的特定的目标或合成特定的副产物。在一些其他的材料中，玻璃，适合用于制造生化微系统，因为玻璃具有生物相容性,耐化学腐蚀性,较高工作温度下的稳定性，良好的光学特性且材料成本低。虽然比较可取，但是由于预计将大量生产微器件而玻璃具有较差的规模制造性，因此玻璃在微器件的应用是有限的。玻璃的某些性能，如脆性，使当大规模生产时微特征的制造效率低下。标准硅材料半导体制造工艺如玻璃上进行干湿法蚀刻是非常缓慢的，估计是由于玻璃的各种成分，而产生需要进一步加工的粗糙表面。其它技术，如超声波加工和激光加工都不适合玻璃上进行批量制造，由于低生产率和低收益导致了价格的昂贵。本专利技术的某些实施例，将会进一步详细的讨论，利用玻璃的某些属性去生产在一个可扩展的制造工艺中可能被应用的微特征，在玻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：高萨姆·维斯瓦纳达姆，
申请(专利权)人：高萨姆·维斯瓦纳达姆，
类型：
国别省市：