[发明专利]用于制造集成流体芯片的方法和系统

说明书

技术领域

本发明整体上涉及微加工结构以及用于制作微加工结构的方法。本发明的实施例仅仅以示例的方式提供了用于制作用于执行各种生物和化学分析的集成流体芯片的方法。本文所述的方法和系统的范围还可应用于调整流体流动中使用的流体装置的制作和操作。

背景技术

已经采用各种方法来制造微流体泵和阀。制造包括泵和阀的微机电(MEMS)结构的一种方法是基于硅的立体微加工(bulk micro-machining)技术。这是减法式制作方法，其中单晶硅通过光刻来形成图案，然后被蚀刻以形成三维结构。制造包括泵和阀的MEMS结构的另一种方法是表面微加工技术。这是加法式方法，其中半导体型材料(例如多晶硅、氮化硅、二氧化硅)层和各种金属层被依次地添加并被形成图案以制成三维结构。

基于硅的微加工技术的第一种方法的受限之处在于，用在所述过程中的半导体材料的刚度需要高致动力，其又导致大的和复杂的设计。实际上，立体微加工方法和表面微加工方法都受到用在特定过程中的材料刚度的限制。另外，在所加工的器件的各层之间的粘结提出了关于可靠操作的问题。第一方法的另一个限制是通常采用晶片键合技术来形成多层结构。所述第二方法的受限之处在于，器件的各层之间的热应力限制了总的器件厚度，总的器件厚度经常被限制至大约20μm。采用上述方法中的每一种，通常都需要无尘室制造和仔细的品质控制。

本申请的受让人已经研发了基于多层、软光刻过程的用于制造包括弹性结构的集成(即单块的)流体芯片的方法和系统。如美国专利No.6,793,753所述，可以制造包括支撑流体流动的一个或更多的层以及配置成控制这些流体的流动的一个或更多的层的多层弹性结构，所述美国专利No.6,793,753的公开内容以引用的方式出于所有的目的整体地并入到本文中。

不管在与这种集成流体芯片的制作相关的技术上完成了多少进步，本领域中都需要用于制作微流体器件的改进的方法和系统。

发明内容

本发明提供涉及微制作结构的制造的方法。本发明的实施例仅仅以示例的方式提供了用于制作用于进行各种生物和化学分析的集成流体芯片的方法。本文所述的方法和系统的范围还可应用于调整流体流动时所使用的流体装置的制作和操作。

根据本发明的一实施例，提供一种用于制造一个或更多的集成流体芯片的方法。所述方法包括：提供第一衬底，所述第一衬底在其上形成有一个或更多的模制特征；和在所述第一衬底上形成第一弹性层。所述第一弹性层由模制表面和后表面限定。所述方法还包括：连接所述第一弹性层的所述后表面至支撑衬底。所述方法还包括：提供第二衬底，所述第二衬底在其上形成有一个或更多的第二模制特征；和在玻璃衬底上形成第二弹性层。所述第二弹性层由模制表面和后表面限定。另外，所述方法包括：对准所述玻璃衬底与所述支撑衬底；和结合所述第一弹性层的所述模制表面至所述第二弹性层的所述后表面。

根据本发明的另一实施例，提供一种用于制造一个或更多的集成流体芯片的方法。所述方法包括：提供衬底，所述衬底具有大于28平方英寸的第一表面积；在所述衬底上形成多个模制特征；和形成包括弹性材料的层，所述弹性材料覆盖所述衬底和所述多个模制特征。所述方法还包括：提供第二衬底，所述第二衬底具有大于28平方英寸的第二表面积；在所述第二衬底上形成第二多个模制特征；和形成包括第二弹性材料的第二层，所述第二弹性材料覆盖所述第二衬底和所述第二多个模制特征。所述方法还包括：结合所述层至所述第二层。

根据本发明的特定的实施例，提供一种集成流体芯片。所述集成流体芯片包括：衬底，所述衬底由大于28平方英寸的横向表面积限定；和第一弹性层，所述第一弹性层具有模制表面和顶表面。所述第一弹性层的模制表面连接至所述衬底的一部分。所述第一弹性层包括多个第一沟道，所述第一沟道从所述衬底垂直地延伸至所述第一弹性层内部的第一尺寸。所述集成流体芯片还包括第二弹性层，所述第二弹性层具有模制表面和顶表面。所述第二弹性层的模制表面连接至所述第一弹性层的顶表面的至少一部分。

根据本发明的另一特定的实施例，提供一种集成流体芯片。所述集成流体芯片包括：衬底；和弹性结构，所述弹性结构连接至所述衬底。所述弹性层包括：第一层，所述第一层具有宽度小于1000μm的多个流动沟道以及与所述多个流动沟道流体连通的多个腔。所述多个腔的组合体积大于115μl。所述弹性层还包括：第二层，所述第二层具有宽度小于1000μm的多个控制沟道。所述第二层布置在平行于所述第一层的平面中。