專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造集成流體芯片的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體上涉及微加工結(jié)構(gòu)以及用于制作微加工結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的實(shí)施例僅僅以示例的方式提供了用于制作用于執(zhí)行各種生物和化學(xué)分析的集成流體芯片的方法。 本文所述的方法和系統(tǒng)的范圍還可應(yīng)用于調(diào)整流體流動(dòng)中使用的流體裝置的制作和操作。
背景技術(shù)：
已經(jīng)采用各種方法來(lái)制造微流體泵和閥。制造包括泵和閥的微機(jī)電(MEMQ結(jié)構(gòu)的一種方法是基于硅的立體微加工(bulk micro-machining)技術(shù)。這是減法式制作方法， 其中單晶硅通過(guò)光刻來(lái)形成圖案，然后被蝕刻以形成三維結(jié)構(gòu)。制造包括泵和閥的MEMS結(jié)構(gòu)的另一種方法是表面微加工技術(shù)。這是加法式方法，其中半導(dǎo)體型材料(例如多晶硅、氮化硅、二氧化硅)層和各種金屬層被依次地添加并被形成圖案以制成三維結(jié)構(gòu)?；诠璧奈⒓庸ぜ夹g(shù)的第一種方法的受限之處在于，用在所述過(guò)程中的半導(dǎo)體材料的剛度需要高致動(dòng)力，其又導(dǎo)致大的和復(fù)雜的設(shè)計(jì)。實(shí)際上，立體微加工方法和表面微加工方法都受到用在特定過(guò)程中的材料剛度的限制。另外，在所加工的器件的各層之間的粘結(jié)提出了關(guān)于可靠操作的問(wèn)題。第一方法的另一個(gè)限制是通常采用晶片鍵合技術(shù)來(lái)形成多層結(jié)構(gòu)。所述第二方法的受限之處在于，器件的各層之間的熱應(yīng)力限制了總的器件厚度，總的器件厚度經(jīng)常被限制至大約20 μ m。采用上述方法中的每一種，通常都需要無(wú)塵室制造和仔細(xì)的品質(zhì)控制。本申請(qǐng)的受讓人已經(jīng)研發(fā)了基于多層、軟光刻過(guò)程的用于制造包括彈性結(jié)構(gòu)的集成(即單塊的)流體芯片的方法和系統(tǒng)。如美國(guó)專(zhuān)利No. 6，793，753所述，可以制造包括支撐流體流動(dòng)的一個(gè)或更多的層以及配置成控制這些流體的流動(dòng)的一個(gè)或更多的層的多層彈性結(jié)構(gòu)，所述美國(guó)專(zhuān)利No. 6，793，753的公開(kāi)內(nèi)容以引用的方式出于所有的目的整體地并入到本文中。不管在與這種集成流體芯片的制作相關(guān)的技術(shù)上完成了多少進(jìn)步，本領(lǐng)域中都需要用于制作微流體器件的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供涉及微制作結(jié)構(gòu)的制造的方法。本發(fā)明的實(shí)施例僅僅以示例的方式提供了用于制作用于進(jìn)行各種生物和化學(xué)分析的集成流體芯片的方法。本文所述的方法和系統(tǒng)的范圍還可應(yīng)用于調(diào)整流體流動(dòng)時(shí)所使用的流體裝置的制作和操作。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提供一種用于制造一個(gè)或更多的集成流體芯片的方法。 所述方法包括提供第一襯底，所述第一襯底在其上形成有一個(gè)或更多的模制特征；和在所述第一襯底上形成第一彈性層。所述第一彈性層由模制表面和后表面限定。所述方法還包括連接所述第一彈性層的所述后表面至支撐襯底。所述方法還包括提供第二襯底，所述第二襯底在其上形成有一個(gè)或更多的第二模制特征；和在玻璃襯底上形成第二彈性層。 所述第二彈性層由模制表面和后表面限定。另外，所述方法包括對(duì)準(zhǔn)所述玻璃襯底與所述
5支撐襯底；和結(jié)合所述第一彈性層的所述模制表面至所述第二彈性層的所述后表面。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種用于制造一個(gè)或更多的集成流體芯片的方法。所述方法包括提供襯底，所述襯底具有大于觀平方英寸的第一表面積；在所述襯底上形成多個(gè)模制特征；和形成包括彈性材料的層，所述彈性材料覆蓋所述襯底和所述多個(gè)模制特征。所述方法還包括提供第二襯底，所述第二襯底具有大于觀平方英寸的第二表面積；在所述第二襯底上形成第二多個(gè)模制特征；和形成包括第二彈性材料的第二層，所述第二彈性材料覆蓋所述第二襯底和所述第二多個(gè)模制特征。所述方法還包括結(jié)合所述層至所述第二層。根據(jù)本發(fā)明的特定的實(shí)施例，提供一種集成流體芯片。所述集成流體芯片包括襯底，所述襯底由大于觀平方英寸的橫向表面積限定；和第一彈性層，所述第一彈性層具有模制表面和頂表面。所述第一彈性層的模制表面連接至所述襯底的一部分。所述第一彈性層包括多個(gè)第一溝道，所述第一溝道從所述襯底垂直地延伸至所述第一彈性層內(nèi)部的第一尺寸。所述集成流體芯片還包括第二彈性層，所述第二彈性層具有模制表面和頂表面。所述第二彈性層的模制表面連接至所述第一彈性層的頂表面的至少一部分。根據(jù)本發(fā)明的另一特定的實(shí)施例，提供一種集成流體芯片。所述集成流體芯片包括襯底；和彈性結(jié)構(gòu)，所述彈性結(jié)構(gòu)連接至所述襯底。所述彈性層包括第一層，所述第一層具有寬度小于1000 μ m的多個(gè)流動(dòng)溝道以及與所述多個(gè)流動(dòng)溝道流體連通的多個(gè)腔。所述多個(gè)腔的組合體積大于115μ 1。所述彈性層還包括第二層，所述第二層具有寬度小于 1000 μ m的多個(gè)控制溝道。所述第二層布置在平行于所述第一層的平面中。根據(jù)本發(fā)明的特定的實(shí)施例，提供一種流體器件陣列。所述流體器件陣列包括襯底，所述襯底由大于或等于18平方英寸的橫向表面積限定。所述流體器件陣列還包括第一組流體器件，所述第一組流體器件布置成第一幾何構(gòu)型。所述第一組流體器件中的每個(gè)包括多個(gè)第一溝道，所述第一溝道設(shè)置在平行于所述襯底的平面中并從所述襯底延伸預(yù)定的距離到第一彈性層中；和多個(gè)第二溝道，所述第二溝道設(shè)置在平行于所述襯底的平面中并從所述第一彈性層延伸第二預(yù)定的距離到第二彈性層中。所述流體器件陣列還包括 第二組流體器件，所述第二組流體器件布置成第二幾何構(gòu)型。所述第二組流體器件中的每個(gè)包括第二多個(gè)第一溝道，所述第二多個(gè)第一溝道設(shè)置在平行于所述襯底的平面中并從所述襯底延伸預(yù)定的距離到第一彈性層中；和第二多個(gè)第二溝道，所述第二多個(gè)第二溝道設(shè)置在平行于所述襯底的平面中并從所述第一彈性層延伸第二預(yù)定的距離到第二彈性層中。使用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于常規(guī)技術(shù)的多個(gè)益處。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供以增加的生產(chǎn)量和降低的成本來(lái)制造集成流體芯片的方法。另外，實(shí)施例提供規(guī)?；男酒O(shè)計(jì)，所述芯片設(shè)計(jì)可應(yīng)用于除生物系統(tǒng)分析之外的技術(shù)。在此所述的制造過(guò)程中的一些補(bǔ)充已經(jīng)證明的技術(shù)和包含新的制作步驟以提供每個(gè)襯底的數(shù)量增加的器件、提供增加的功能的更大的器件或其組合。另外，一些實(shí)施例提供規(guī)?；闹圃爝^(guò)程，所述制造過(guò)程可轉(zhuǎn)移至具有更大尺寸的襯底的處理。依賴(lài)于所述實(shí)施例，可以存在這些益處中的一個(gè)或更多的益處。這些和其它的益處已經(jīng)貫穿于本說(shuō)明書(shū)進(jìn)行描述并在下文中更具體地進(jìn)行描述。


圖IA是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的集成流體芯片的一部分的簡(jiǎn)化示意圖；圖IB是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的處在致動(dòng)位置的集成流體芯片的一部分的簡(jiǎn)化示意圖；圖2A-2J示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于制作IFC的簡(jiǎn)化的工藝流程；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于制作IFC的方法的簡(jiǎn)化的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的IFC制作系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的層至層對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的簡(jiǎn)化示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的IFC制作系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；以及圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在FPD面板上制作的IFC陣列和在6”(英寸) 硅晶片上制作的IFC陣列的照片。
具體實(shí)施例方式圖IA是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的集成流體芯片的一部分的簡(jiǎn)化示意圖。如圖IA所示，基本上平坦的襯底110(例如玻璃襯底)支撐形成為單塊結(jié)構(gòu)的兩個(gè)層112和114。第一層112包括具有頂表面122的流動(dòng)溝道120。由F示出的流體材料能夠通過(guò)流動(dòng)溝道120 根據(jù)施加在流動(dòng)溝道的另外的部分(未示出)上的壓強(qiáng)而在延伸到圖1的平面中或從圖1 的平面中延伸出來(lái)的方向上流動(dòng)。第二層114包括控制溝道130，所述控制溝道130相對(duì)于所述流動(dòng)溝道以一角度延伸(在圖1所示的實(shí)施例中，該角度為90° )。設(shè)置隔膜以將所述流動(dòng)溝道120與控制溝道130在這兩條溝道相交的位置處分離。圖IB是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的處在致動(dòng)位置的集成流體芯片的一部分的簡(jiǎn)化示意圖。從圖IB中可以看出，流動(dòng)溝道130的增壓(例如通過(guò)在其中引入的氣體或液體)使得隔膜140向下偏轉(zhuǎn)，由此夾斷穿過(guò)流動(dòng)溝道120的流體流。相應(yīng)地，通過(guò)改變控制溝道130 中的壓強(qiáng)，提供可線性致動(dòng)的閥系統(tǒng)，使得流動(dòng)溝道120可以根據(jù)需要通過(guò)移動(dòng)隔膜140而被打開(kāi)或關(guān)閉。盡管圖IA和IB示出流動(dòng)溝道120位于襯底110和控制層130之間，但是該特定的幾何構(gòu)型對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例不是必須的。在其它的實(shí)施例中，所述控制溝道被布置在流動(dòng)溝道下方(即上推閥)。另外，盡管圖IA和IB僅僅示出單個(gè)流動(dòng)和控制層，但是一些實(shí)施例根據(jù)對(duì)特定應(yīng)用所適合的，采用附加的流動(dòng)和/或控制層。另外，盡管圖IA和IB示出常開(kāi)閥，但是另外本文所述的實(shí)施例提供常閉閥。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠認(rèn)識(shí)許多變體、修改方案和替代方案。在特定的實(shí)施例中，襯底110由透明的玻璃層制作，以允許形成在彈性材料層中的貯存器和彈性溝道的光學(xué)觸發(fā)(interrogation)。發(fā)明人已經(jīng)確定，廣泛地采用集成流體芯片(IFC)產(chǎn)品將最可能需要集成流體芯片自身被廉價(jià)地和大量地制成。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于大量地制造IFC的有效的制造工藝、工作流程和設(shè)備。目前，IFC采用6”(英寸)直徑的硅襯底或晶片作為轉(zhuǎn)印襯底來(lái)制作。硅晶片自身不具有最終IFC產(chǎn)品中的部件或功能，而是僅提供高精度的襯底， 所述高精度的襯底與商業(yè)上可獲得的半導(dǎo)體處理裝備是可兼容的。采用這種6”硅晶片的常規(guī)的工藝流程被在之前所引用的美國(guó)專(zhuān)利No. 6，793，753中進(jìn)行描述。
圖2A-2J示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的制作IFC的簡(jiǎn)化的工藝流程。圖2A示出襯底210，其具有形成在襯底的上表面上的許多模制特征212。所述襯底典型地是FPD板， 例如Gen 2面板。所述模制特征典型地由涂覆在襯底上并在襯底上被圖案化的光致抗蝕劑層形成，該模制特征具有幾十微米量級(jí)的特征尺寸。如貫穿于本說(shuō)明書(shū)所述的，所述模制特征提供在后續(xù)處理步驟中形成的流體溝道所在的空間。圖2B示出覆蓋襯底和模制特征的彈性層214的構(gòu)造(典型地通過(guò)刮刀涂布過(guò)程)。在所示的實(shí)施例中，彈性層(例如PDMS) 的厚度在模制特征的量級(jí)上，由此形成封閉模制特征且提供覆蓋適合于形成如圖IB所示的隔膜的模制特征的薄層的層。圖2C示出其上形成有許多模制特征222的第二襯底220。形成覆蓋襯底和模制特征的彈性層224(例如PDMS)。通常，用于形成在圖2A和2B中示出的元件的方法也可應(yīng)用于圖2C和2D。應(yīng)當(dāng)注意，在一些實(shí)施例中，第二彈性層224的厚度比模制特征的高度厚的多。例如，第二彈性層典型地為4mm厚，但是其他的厚度也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖2E示出處于翻轉(zhuǎn)配置的在圖2D中制作的并結(jié)合至襯底230的結(jié)構(gòu)。襯底230 典型地是FPD板，例如Gen 2面板。襯底220以如圖2F所示的方式被去除以暴露出模制特征222，所述模制特征222然后被去除以提供溝道226。在一些器件的設(shè)計(jì)中，這些溝道2 將用作流體流動(dòng)或控制溝道。應(yīng)當(dāng)注意，彈性結(jié)構(gòu)2M在隨后的處理步驟中保持接合至襯底230，這提供了在制作過(guò)程中的機(jī)械剛度。圖2G示出定位于圖2F的結(jié)構(gòu)上方的處于翻轉(zhuǎn)配置的圖2B的結(jié)構(gòu)。在制造過(guò)程的這一部分中，所述襯底被對(duì)準(zhǔn)，使得形成在兩個(gè)彈性材料層中的溝道和器件可以彼此對(duì)準(zhǔn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所明白的，該對(duì)準(zhǔn)為在流動(dòng)和控制層中的溝道之間的期望的重疊而提供，如更完全地貫穿于本說(shuō)明書(shū)所述的。圖2H示出之前所示的在圖2G的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中的兩個(gè)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。在一些實(shí)施例中，采用等離子體增強(qiáng)鍵合工藝來(lái)提供在彈性層之間的永久性密封。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多變體、修改方案和替代方案。圖21示出從圖2H所示的被結(jié)合的彈性結(jié)構(gòu)去除襯底210。襯底210的去除使模制特征212暴露，模制特征212隨后采用等離子體灰化(在光致抗蝕劑模制特征的情況下) 或其它合適的工藝來(lái)去除，以形成溝道對(duì)0。因此，如圖21所示，溝道240是沒(méi)有材料的。 附加的層可以形成在包括模制特征的其它襯底上并然后被結(jié)合至圖21所示的結(jié)構(gòu)。如圖 2J所示，包括許多溝道252的附加的彈性層250已經(jīng)被制作和結(jié)合，由此提供三個(gè)彈性材料層。層250可以使用類(lèi)似于用于層214的這些工藝的工藝來(lái)制作。可以在其它的實(shí)施例中提供附加的層，如圖2A-2I所示的圖示僅以示例的方式提供，而不意圖限制本發(fā)明的范圍。 如之前所討論的，在幾個(gè)彈性層中的各溝道的所示出的方向不意圖限制本發(fā)明的實(shí)施例， 而是僅僅表示存在溝道，其可以沿各方向穿過(guò)彈性層延伸。另外，從一個(gè)層中的溝道穿過(guò)至另一層中的其它溝道的過(guò)孔，出于清楚的目的而沒(méi)有示出。此外，設(shè)置成與所述溝道流體連通的反應(yīng)腔也出于清楚的目的而沒(méi)有示出。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多變體、修改方案和替代方案。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的制作IFC的方法的簡(jiǎn)化流程圖。如圖3所示， 所述方法包括提供具有第一模制特征的第一襯底的步驟(310)。通常，第一襯底是FPD面板，且模制特征使用圖案化的光致抗蝕劑來(lái)形成。第一彈性層形成在第一襯底上(312)，封閉模制特征并與第一襯底的多個(gè)部分接觸。對(duì)于一些較厚的層，彈性層使用封閉模制工藝來(lái)形成。第一彈性層連接至支撐襯底(314)。在一些實(shí)施例中，支撐襯底形成在第一彈性層的形成過(guò)程中所使用的密封模的一部分。第一彈性層通常在多個(gè)后續(xù)的處理步驟過(guò)程中不與支撐襯底分離，直至進(jìn)行器件切分過(guò)程為止。因此，盡管將第一彈性層連接至支撐襯底， 如圖3所示作為在第一彈性層形成之后的過(guò)程，但是因?yàn)檫^(guò)程312和314可以同時(shí)發(fā)生，所以這對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例不是必須的。所述方法還包括提供具有第二模制特征的第二襯底(316)并在第二襯底上形成第二彈性層(318)。如更完全地貫穿本說(shuō)明書(shū)所述的，第二彈性層典型地使用刮刀涂覆過(guò)程而不是旋涂過(guò)程而形成。第一和第二襯底被對(duì)準(zhǔn)(320)，且第一和第二彈性層結(jié)合在一起 (322)以形成單塊彈性結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解，如圖3所示的特殊步驟提供根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的制作IFC的特殊方法。根據(jù)可替代的實(shí)施例，也可以執(zhí)行其它的步驟順序。例如，本發(fā)明的替代實(shí)施例可以以不同的次序來(lái)執(zhí)行上述列出的步驟。此外，圖3所示的獨(dú)立的步驟可以包括多個(gè)子步驟，所述子步驟可以以適合于單獨(dú)的步驟的各種順序來(lái)執(zhí)行。另外，可以依賴(lài)于特定的應(yīng)用增添或去除附加的步驟。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多變體、修改方案和替代方案。圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的IFC制作系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖?？梢栽O(shè)置與控制器 430通信的真空卡盤(pán)420。還與真空源422流體連通的控制器430配置成提供可控的真空水平至真空卡盤(pán)。根據(jù)一實(shí)施例，真空卡盤(pán)配置成提供作為位置的函數(shù)的不同的真空水平， 例如，在周邊部分處真空水平比中心部分更高。在如圖4所示的實(shí)施例中，移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)平臺(tái) 410設(shè)置成與控制器通信，但是這對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例不是必須的。在一實(shí)施例中，移動(dòng)/ 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)提供四個(gè)自由度，三個(gè)移動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)。在其它的實(shí)施例中，所述平臺(tái)提供傾斜， 使得可獲得五個(gè)或六個(gè)自由度。第一襯底由真空卡盤(pán)420懸掛在翻轉(zhuǎn)的位置，第二襯底由移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)平臺(tái)410支撐。在一些實(shí)施例中，可以提供真空夾具(chucking)(未示出)至移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)平坦410。作為示例，圖5示出位于圖4所示的系統(tǒng)中的兩個(gè)襯底。作為位置的函數(shù)的可變的真空使得由真空卡盤(pán)420所支撐的襯底在中心下陷，如貫穿本說(shuō)明書(shū)所更詳細(xì)描述的。對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)440被設(shè)置并示出成與控制器430通信。應(yīng)當(dāng)注意，類(lèi)似于移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)平臺(tái)410，由于可以通過(guò)另一控制器(未示出)或由系統(tǒng)操作者獨(dú)立地控制這些元件中的兩者，不需要通過(guò)控制器控制對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)440。對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)440用于在結(jié)合形成在襯底上的彈性層之前對(duì)準(zhǔn)如圖2G所示的襯底。相應(yīng)地，對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可以包括一個(gè)或更多個(gè)照相機(jī)、監(jiān)視器、光學(xué)元件等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多變體、修改方案和替代方案。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例設(shè)置的特定的系統(tǒng)包括如圖4所示的元件以及具有如圖5所示的其上形成有彈性材料的兩個(gè)面板。頂面板，典型地為FPD板，允許在其自身重量作用下或者在施加預(yù)定量的真空的情況下下陷，以便減少或消除在結(jié)合之后在單塊彈性結(jié)構(gòu)中存在的氣泡。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的層至層對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的簡(jiǎn)化示意圖。如圖5所示，第一彈性層114支撐在厚玻璃襯底512上。出于說(shuō)明的目的，第一彈性層(在此表示成控制層并在圖2B中表示成層214)包括控制溝道130。這種示例性的表示的意圖不是限制本發(fā)明的范圍，而是僅僅提供用于說(shuō)明制造過(guò)程的一示例。在一些實(shí)施例中，所述層被形成且被固化。典型地，使用在硅晶片上形成圖案的光致抗蝕劑或其它合適的材料形成突起的特征 (稱(chēng)為模制特征)，在需要溝道的位置留下光致抗蝕劑的突起線。第一彈性層在突起的特征
9上方沉積至大于突起的特征的高度的深度。在后續(xù)的制作步驟之后，如下所述，通過(guò)以合適的溶劑從彈性層溶解掉光致抗蝕劑，而移除光致抗蝕劑，通過(guò)移除光致抗蝕劑而形成的空隙成為穿過(guò)流動(dòng)層的流動(dòng)溝道。在一具體的實(shí)施例中，玻璃襯底512是FPD板，例如測(cè)量為370mmX 470mm的Gen 2 板。在其它實(shí)施例中，使用包括其它代FPD板的其他玻璃襯底。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，通常在結(jié)合之前形成第一彈性層并之后固化該第一彈性層。第一彈性層被支撐在平板或?qū)拥恼麄€(gè)表面區(qū)域上，而不僅僅被支撐在周邊邊緣處。如圖5所示，第一彈性層保持與玻璃板接觸，所述玻璃板在整個(gè)制造過(guò)程中形成其封閉模的頂部(例如，一 FPD面板、3/8”厚的玻璃片、實(shí)心塑料片、施加于玻璃片或塑料片的犧牲膜等)，直至IFC準(zhǔn)備用于切片為止。第二彈性層(為清楚起見(jiàn)，示出為包括流動(dòng)溝道的層)以翻轉(zhuǎn)的構(gòu)造由薄玻璃襯底520 (例如FPD板)支撐，所述薄玻璃襯底520又通過(guò)與真空卡盤(pán)522的真空接觸來(lái)支撐。 第二彈性層(出于說(shuō)明的目的，其在此處被稱(chēng)為流動(dòng)層)是圖1中的層112，該層112包括流動(dòng)溝道以及在流動(dòng)溝道和控制溝道之間的隔膜140。在圖5中，控制溝道表示為從圖面延伸，但該特定的圖示僅僅是為了容易說(shuō)明，而示出在彈性層中的控制溝道的垂直位置，應(yīng)當(dāng)理解，控制溝道可以以適合于特定的應(yīng)用沿其它方向延伸。通過(guò)真空懸掛FPD玻璃面板，從而允許玻璃襯底520和第二彈性層112兩者的中心部分下陷預(yù)定的量。在一實(shí)施例中，通過(guò)真空將襯底520保持在其周邊處，允許所述中心在其自身重量的作用下下陷，且通過(guò)另一真空控制器控制下陷量。發(fā)明人已經(jīng)確定，當(dāng)?shù)谝缓偷诙椥詫釉诤罄m(xù)處理步驟中連接在一起時(shí)，所示出的下陷為結(jié)合的前端面(front)而提供，所述前端面在第一彈性層的中心部分處開(kāi)始，并以大致圓形圖案朝向第二彈性層的邊緣發(fā)散。 因此，通常在兩個(gè)平坦表面連接在一起的情況下形成的氣泡被在橫向方向上朝向?qū)拥倪吘壨苿?dòng)，由此避免了在最終器件中形成氣穴(即夾雜有氣泡)。典型地為0. 7mm厚的FPD玻璃面板的固有柔性，是為了適合于本文所描述的方法的彈性層中的預(yù)定的下陷而設(shè)置。在其他實(shí)施例中，施加于FPD板520的中心和周邊部分的真空壓力的量被調(diào)整以提供預(yù)定的下陷。以高的幾何精度使得圖案化的彈性材料(典型地為PDMS)的兩片或兩層在一起， 如下所述。發(fā)明人已經(jīng)確定，由此處所述的方法所提供的高幾何精度是已經(jīng)使得多層芯片的制造成為可能的研發(fā)之一。參照?qǐng)D5，用于支撐第一彈性層114的襯底512位于固定件 510中。固定件設(shè)置有允許在至少四個(gè)軸線(x，y，z，θ)上進(jìn)行微定位的控制裝置。在其他實(shí)施例中，由固定件提供另外的自由度(例如傾斜)。在替代的實(shí)施例中，提供更少的或附加的自由度。本發(fā)明的實(shí)施例提供用于改善兩層中各溝道的對(duì)準(zhǔn)。如圖5所示，使用具有相同 (或相似)的CTE的玻璃板以支撐彈性層，降低在熱處理過(guò)程中由膨脹差異導(dǎo)致的未對(duì)準(zhǔn)。 另外，相對(duì)于第二彈性層，由于在一些實(shí)施例中FPD玻璃面板520在其自身重量的作用下彎曲以產(chǎn)生期望的下陷，下陷導(dǎo)致彈性層的減小的伸展，因此改善了對(duì)準(zhǔn)容許度。表1示出硅、PDMS和玻璃材料的CTE。另外在表1中示出1°C的溫度變化對(duì)于襯底和對(duì)于層至層對(duì)準(zhǔn)的作用。由于一些實(shí)施例沒(méi)有在制作過(guò)程中從襯底移除IFC材料(例如PDMS)， 所以在處理過(guò)程中不會(huì)導(dǎo)致IFC材料的扭曲。另外，由于IFC的層都在玻璃襯底上制作，所以最小化了 CTE中的任何失配，由此降低了在處理過(guò)程中被設(shè)置的關(guān)于溫度控制的限制。
表 權(quán)利要求
1.一種用于制造一個(gè)或更多的集成流體芯片的方法，所述方法包括步驟提供第一襯底，所述第一襯底在其上形成有一個(gè)或更多的模制特征；在所述第一襯底上形成第一彈性層，其中所述第一彈性層由模制表面和后表面限定；連接所述第一彈性層的所述后表面至支撐襯底；提供第二襯底，所述第二襯底在其上形成有一個(gè)或更多的第二模制特征；在所述玻璃襯底上形成第二彈性層，其中所述第二彈性層由模制表面和后表面限定；對(duì)準(zhǔn)所述玻璃襯底與所述支撐襯底；和結(jié)合所述第一彈性層的所述模制表面至所述第二彈性層的所述后表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述連接所述第一彈性層的所述后表面的步驟與形成所述第一彈性層的步驟同時(shí)進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二襯底特征在于，表面積大于50平方英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二襯底包括玻璃構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述玻璃構(gòu)件特征在于在8mm的窗口上具有60nm 的波度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述玻璃構(gòu)件特征在于在25mm的窗口上具有 330nm的波度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述玻璃構(gòu)件特征在于厚度小于1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述玻璃構(gòu)件沒(méi)有尺寸大于100μ m的雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述玻璃構(gòu)件包括矩形板，所述矩形板特征在于尺寸大于或等于370mmX470mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述支撐襯底包括玻璃構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述支撐襯底的熱膨脹系數(shù)和所述第二襯底的熱膨脹系數(shù)在彼此的300%內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在結(jié)合所述第一彈性層的模制表面至所述第二彈性層的所述后表面的步驟之前，移除所述第一襯底與所述第一彈性層的模制層的接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)準(zhǔn)玻璃襯底與所述支撐襯底的步驟包括將所述玻璃襯底定位于所述支撐襯底的上方。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述玻璃襯底特征在于，在對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，朝向所述支撐襯底彎曲所述第二襯底的中心部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述彎曲所述中心部分的步驟的特征在于，從連接所述玻璃襯底的相對(duì)邊緣的線位移為大于50 μ m且小于1cm。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一個(gè)或更多的集成流體芯片包括多個(gè)集成流體芯片。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個(gè)集成流體芯片包括六個(gè)或更多的集成流體芯片。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)合所述第一彈性層的模制表面至所述第二彈性層的后表面的步驟包括等離子體增強(qiáng)鍵合工藝。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成第一彈性層的步驟包括擠壓過(guò)程或牽引桿涂覆過(guò)程中的至少一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一彈性層特征在于，所述一個(gè)或更多的模制特征的一部分上的第一厚度與沒(méi)有所述一個(gè)或更多的模制特征的所述第一襯底的一部分上的第二厚度之間的差小于2 μ m。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一彈性層特征在于，所述一個(gè)或更多的模制特征的一部分上的第一厚度與沒(méi)有所述一個(gè)或更多的模制特征的所述第一襯底的一部分上的第二厚度之間的差小于20%。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一彈性層特征在于，所述一個(gè)或更多的模制特征的一部分上的第一厚度與沒(méi)有所述一個(gè)或更多的模制特征的第一襯底的一部分上的第二厚度之間的差小于2 μ m。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述第一彈性層和形成所述第二彈性層的步驟包括擠壓過(guò)程或牽引桿涂覆過(guò)程中的至少一種。
24.一種用于制造一個(gè)或更多的集成流體芯片的方法，所述方法包括步驟提供襯底，所述襯底具有大于觀平方英寸的第一表面積；在所述襯底上形成多個(gè)模制特征；形成包括彈性材料的層，所述彈性材料覆蓋所述襯底和所述多個(gè)模制特征；提供第二襯底，所述第二襯底具有大于觀平方英寸的第二表面積；在所述第二襯底上形成第二多個(gè)模制特征；形成包括第二彈性材料的第二層，所述第二彈性材料覆蓋所述第二襯底和所述第二多個(gè)模制特征；和結(jié)合所述層至所述第二層。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述第一表面積大于50平方英寸，所述第二表面積大于50平方英寸。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述第一層包括限定有源區(qū)域的一個(gè)或更多的集成流體器件結(jié)構(gòu)，所述有源區(qū)域與第一表面積的比例大于60%。
27.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述彈性材料包括PDMS。
28.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述第二彈性材料包括PDMS。
29.一種集成流體芯片，包括襯底，所述襯底由大于觀平方英寸的橫向表面積限定；第一彈性層，所述第一彈性層具有模制表面和頂表面，所述第一彈性層的模制表面連接至所述襯底的一部分，其中所述第一彈性層包括多個(gè)第一溝道，所述第一溝道從所述襯底垂直地延伸至所述第一彈性層內(nèi)部的第一尺寸；第二彈性層，所述第二彈性層具有模制表面和頂表面，所述第二彈性層的模制表面連接至所述第一彈性層的頂表面的至少一部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的集成流體芯片，其中所述第二彈性層包括多個(gè)第二溝道， 所述第二溝道從所述第一彈性層的頂表面垂直地延伸至所述第二彈性層內(nèi)部的第二尺寸。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的集成流體芯片，其中所述頂表面特征在于，表面積大于17 平方英寸。
32.根據(jù)權(quán)利要求四所述的集成流體芯片，其中所述多個(gè)第一溝道特征在于，平行于所述襯底的寬度小于1000 μ m。
33.根據(jù)權(quán)利要求四所述的集成流體芯片，其中所述多個(gè)第一溝道分配在大于17平方英寸的面積上。
34.一種集成流體芯片，包括 襯底；和彈性結(jié)構(gòu)，所述彈性結(jié)構(gòu)連接至所述襯底，其中所述彈性層包括 第一層，所述第一層包括寬度小于1000 μ m的多個(gè)流動(dòng)溝道、和與所述多個(gè)流動(dòng)溝道流體連通的多個(gè)腔，其中所述多個(gè)腔的組合體積大于115μ 1 ；和第二層，所述第二層包括寬度小于1000 μ m的多個(gè)控制溝道，其中所述第二層布置在平行于所述第一層的平面中。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的集成流體芯片，其中所述多個(gè)腔包括反應(yīng)腔。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的集成流體芯片，其中所述多個(gè)反應(yīng)腔中的每一個(gè)反應(yīng)腔的體積小于250納升。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的集成流體芯片，其中當(dāng)激勵(lì)所述多個(gè)控制溝道時(shí)，所述第一層的一部分可偏轉(zhuǎn)至所述多個(gè)流動(dòng)溝道的一部分中。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的集成流體芯片，其中所述襯底包括玻璃構(gòu)件。
39.一種流體器件陣列，包括襯底，所述襯底由大于或等于18平方英寸的橫向表面積限定； 第一組流體器件，所述第一組流體器件布置成第一幾何構(gòu)型，所述第一組流體器件中的每個(gè)包括多個(gè)第一溝道，所述第一溝道設(shè)置在平行于所述襯底的平面中并從所述襯底延伸預(yù)定的距離到第一彈性層中；和多個(gè)第二溝道，所述第二溝道設(shè)置在平行于所述襯底的平面中并從所述第一彈性層延伸第二預(yù)定的距離到第二彈性層中；和第二組流體器件，所述第二組流體器件布置成第二幾何構(gòu)型，所述第二組流體器件中的每個(gè)包括第二多個(gè)第一溝道，所述第二多個(gè)第一溝道設(shè)置在平行于所述襯底的平面中并從所述襯底延伸預(yù)定的距離到所述第一彈性層中；和第二多個(gè)第二溝道，所述第二多個(gè)第二溝道設(shè)置在平行于所述襯底的平面中并從所述第一彈性層延伸第二預(yù)定的距離到所述第二彈性層中。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的陣列，其中所述第一幾何構(gòu)型包括所述陣列的第一行，所述第二幾何構(gòu)型包括所述陣列的第二行。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的陣列，其中所述多個(gè)第一溝道包括配置成容納液體的流動(dòng)溝道。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的陣列，其中所述多個(gè)第二溝道包括配置成容納氣體的壓力溝道。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的陣列，其中所述第一組流體器件中的每一個(gè)設(shè)置成與所述第一組流體器件中的其它器件流體隔離。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的陣列，其中所述橫向表面積大于或等于270平方英寸。
全文摘要
一種集成流體芯片包括襯底，所述襯底由大于28平方英寸的橫向表面積限定。所述集成流體芯片還包括第一彈性層，所述第一彈性層具有模制表面和頂表面。所述第一彈性層的模制表面連接至所述襯底的一部分。所述第一彈性層包括多個(gè)第一溝道，所述第一溝道從所述襯底垂直地延伸至所述第一彈性層內(nèi)部的第一尺寸。所述集成流體芯片還包括第二彈性層，所述第二彈性層具有模制表面和頂表面。所述第二彈性層的模制表面連接至所述第一彈性層的頂表面的至少一部分。
文檔編號(hào)B01L3/00GK102165076SQ200980137623
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者大衛(wèi)·S·科恩 申請(qǐng)人:弗盧丁公司