CZ2009740A3 - Zpusob depozice mikroelektrod cipu, rozmístených na desce, pomocí chemických roztoku a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Zpusob depozice mikroelektrod cipu, rozmístených na desce, pomocí chemických roztoku, spocívá v tom, že se deska upevní na stul polohovacího zarízení opatreného aplikacní hubicí, která se zavede nad zvolenou elektrodu prvního cipu, pritlací se k desce, následne se do hubice privádí depozicní roztok, který pusobí na zvolenou elektrodu, a prubežne se z hubice odvádí. Po zastavení prívodu depozicního roztoku do hubice a odsátí zbytkového roztoku se hubice zvedne a premístí nad další elektrodu sousedního cipu a postup se opakuje. Zarízení k provádení uvedeného zpusobu je tvoreno polohovacím zarízením (1) s presností lokalizace rádove v .mi.m, na jehož stole se nachází upínac cipových desek (4) a na jeho rameni (2) posuvném v osách x, y a z je upevnena hubice (3) smerující k desce (4), v jejíž ose je prívodní tryska (5) depozicního roztoku a ve stene jeho odvod, pricemž je hubice (3) pres cerpadlo (8) napojena na alespon jeden zásobník (7) depozicního roztoku. Ve výhodném provedení je zarízení opatreno termostatem (6). Na programovatelnou rídící jednotku (11) jsou napojeny pohony polohovacího zarízení (1), cerpadlo (8), prepínac (9) roztoku, elektroda (10) a termostat (6).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu depozice mikroelektrod čipů, rozmístěných na desce, pomocí chemických roztoků, zejména depozice elektrod elektrochemických mikrosenzorů. Dále se týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Elektrochemické mikrosenzory se skládají z mikroelektrod, které jsou hlavní částí těchto senzorů a elektrochemických senzorických systémů. Nevýhodou senzorů je velmi malá odezva, nedostatečná citlivost a hlavně špatný limit detekce. Mikrosenzory se vyrábějí za pomocí tenkovrstvé i polovodičové technologie, popřípadě doplněné o procesy mikroobráběni. Polovodičová technologie slouží především k vytváření elektroniky pro zpracování signálů ze senzorů. Postupy jsou shodné nebo alespoň kompatibilní s výrobou integrovaných obvodů. Obvykle jsou čipy integrovaných obvodů a mikrosystémů vyráběny a dodávány na křemíkových deskách, nebo i jiných materiálech, většinou dielektrických, jako např. Pyrex nebo Symax. Čipy, ať už polovodičové nebo bez polovodičů, obsahují mikroelektrody, které po skončení všech procesů, ať už polovodičových procesů, či jen tenkovrstvých technologií nebo mikroobráběni, jsou holé, nepasivované, na rozdíl od zbytku systému, který je takto chráněn před okolními vlivy. Polovodičová technologie ale neumožňuje vytvářet na kovových mikroelektrodách speciální vrstvy a modifikovat je nanostrukturami z rozličných materiálů.

Byly rozvinuty techniky vytváření nanopórů, nanodrátků, nanotrubiček a nanoteček, kterými lze přetvářet povrch kovových vrstev, jež tvoří elektrody. Tyto techniky se doposud používají ojediněle v laboratorních podmínkách na jednotlivých čipech nalámaných z desky. Modifikace elektrod, jakkoli žádoucí, se však většinou vzhledem k uvedeným obtížím neprovádí. Přitom je modifikace elektrod senzorů vysoce žádoucí, protože zlepšuje vlastnosti převodu měřené veličiny, obvykle sejí zlepšuje citlivost, velikost odezvy i limit detekce.

Vynález si proto klade za úkol navrhnout způsob umožňující modifikaci elektrod v podstatně větším měřítku a za nižších nákladů a zároveň navrhnout zařízení k prováděni tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší způsob depozice mikroelektrod čipů, rozmístěných na desce, pomocí depozičních roztoků, jehož podstata spočívá v tom, že se deska upevní na stůl polohovacího zařízení opatřeného aplikační hubicí, která se zavede nad zvolenou elektrodu prvního čipu, přitlačí se k desce, následně se do hubice přivádí depoziční roztok, který působí na zvolenou elektrodu, a průběžně se z hubice odvádí, načež po zastavení přívodu depozičního roztoku do hubice a odsátí zbytkového roztoku se hubice zvedne a přemístí nad další elektrodu sousedního čipu a postup se opakuje.

Při praktické aplikaci se na elektrodu působí postupně několika depozičními roztoky.

Na hubici a desku se může s výhodou přivést řízené elektrické napětí.

Rovněž je výhodné během procesu depozice regulovat teplotu přiváděného chemického roztoku a/nebo teplotu desky s čipy.

Poloha hubice, volba roztoku, jeho teplota, přívod a odvod, jakož i teplota desky a hodnota napětí nebo proudu procházejícího elektrodou se s výhodou ovládají programovatelnou řídicí jednotkou.

Zařízení k provádění popsaného způsobu je tvořeno polohovacím zařízením s přesností lokalizace řádově v pm, na jehož stole se nachází upínač čipových desek a na jeho rameni posuvném v osách x, y a z je upevněna hubice směřující k desce, v jejíž ose je přívod depozičního roztoku a ve stěně jeho odvod, přičemž je hubice přes čerpadlo napojena na alespoň jeden zásobník depozičního roztoku.

Ve výhodném provedení je zařízení opatřeno několika zásobníky depozičních roztoků s přepínačem roztoků.

Zařízení může být na stole opatřeno kontaktní elektrodou.

S výhodou je zařízení opatřeno termostatem ke kontrole teploty depozičních roztoků a desky.

Ve velmi výhodném provedeni jsou pohony polohovacího zařízení, čerpadlo a přepínač roztoků, elektroda a termostat napojeny na programovatelnou řídicí jednotku.

- 3 Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž je schematicky znázorněno příkladné provedení zařízení určeného k depozici elektrod elektrochemických mikrosenzorů.

Příklady provedení vynálezu

Depozice mikroelektrod čipů probíhá tak, že se na stůl polohovacího zařízeni opatřeného aplikační hubicí upevní deska, na níž jsou od výrobce umístěny čipy v pravidelném rastru. Hubice se zavede nad zvolenou elektrodu prvního čipu, lehce se přitlačí k desce, následně se do hubice přivádí depoziční roztok, který působí na zvolenou elektrodu. Přitom se roztok z hubice průběžně odvádí. Načež po zastavení přívodu depozičního roztoku se zbytkový roztok z hubice odsaje, hubice se zvedne a přemístí nad další elektrodu sousedního čipu a postup se opakuje. Při praktické aplikaci se na elektrodu působí postupně několika depozičními roztoky a na hubici a desku se přivádí řízené elektrické napětí nebo proud. Rovněž se během procesu depozice reguluje teplota přiváděného depozičního roztoku a též teplota desky s čipy.

Schematický náčrt depozičního zařízeni je na obr. 1. Jeho základem je polohovací zařízení 1 se třemi pohyblivými suporty, jejichž posuvný pohyb je řízen servomotory. Všechny tři suporty, z nichž poslední má rameno 2, zajišťují pohyb depoziční hubice 3 ve třech osách x, y, z. Osy x ay slouží k nastavení místa aplikace, tj. lokální oblasti, na které budou prováděny chemické a/nebo elektrochemické procesy, V ose z dochází ke spuštění depoziční hubice 3 na desku 4 s čipy přesně na místo určené osami x a y. Rozsah os x a y musí být takový, aby pokryly celou desku 4 čipů. U popisovaného zařízení je rozsah 100 x 100 mm, což odpovídá 4 desce. Přesnost pohybu v každém směru je 1 pm. Tento souřadnicový systém umožňuje nastavit depoziční hubici 3 na požadovanou mikroelektrodu, jež je součástí čipů, a provést automatizovanou depozici složitých struktur chemickou a/nebo elektrochemickou metodou. Po dokončení procesu pak zařízení může přejít na další čip a pokračovat, dokud není provedena modifikace všech čipů na desce 4.

Přítlak hubice 3 na desku 4 je snímán senzorem síly, který je spojen s touto hubicí 3 a zabezpečuje tak, aby roztok neunikal volně na desku 4 a zároveň nebyla

- 4 » · · · · v ·*· • · ··* · · * « « · ··· * · * ««··· ·· ι· ··· «·· ·· ·· deska 4 poškozena. Samotná depoziční hubice 3 je průtoková, přičemž roztok vchází přes kovovou trysku 5, která slouží zároveň jako elektroda a vychází postranním otvorem hubice 3. Roztok může být před přivedením do depoziční hubice 3 temperován termostatem 6, např. prostřednictvím cirkulující kapaliny, na požadovanou teplotu. Přívod roztoku ze zásobníků 7 je zajištěn membránovým, peristaltickým nebo lineárním čerpadlem 8, které musí být vybaveno možností řízení průtoku v rozsahu od jednotek μΙ až desítky ml. Obměnu roztoků z různých zásobníků 7 zajišťuje přepínač 9. Termostat 6 rovněž v rozsahu 0°C až 90°C řídí teplotu cirkulující kapaliny, která ochlazuje nebo zahřívá desku.

Napětí se na desku 4 přivádí kontaktní elektrodou 10. Zdroj pro galvanické nebo anodické depozice musí být schopen pracovat v proudovém nebo napěťovém režimu. Rozsah napětí je ovladatelný od desítek mV až po desítky voltů. Proud je nastavitelný od 100 μΑ do desítek mA.

Všechny pohony polohovacího zařízení 1, jakož i všechna přídavná zařízení jsou ovladatelná z programovatelné řídicí jednotky 11 tak, aby mohl jeden proces za druhým probíhat bez zásahu obsluhy. Navíc k počítači je připojena kamera, která společné s horoskopem slouží k přesnému nastavení výchozích bodů souřadnicového systému.

Zařízení lze navíc využít k lokálnímu chemickému nebo galvanickému pokovování kovových vrstev jakýchkoli čipů, vytváření anodických vrstev a leptání, k funkcionalizaci vrstev různými chemickými skupinami, případně biomolekulami. Modifikace se provádí prostřednictvím roztoků, jedná se tedy o uzavřený systém, který není ovlivněn nečistotami z okolí. Výhodou zařízení je, že každý čip lze modifikovat jiným procesem a materiálem.

Claims (10)

1. Způsob depozice mikroelektrod čipů, rozmístěných na desce, pomocí chemických roztoků, vyznačující se tím, že se deska upevní na stůl polohovacího zařízeni opatřeného aplikační hubicí, která se zavede nad zvolenou elektrodu prvního čipu, přitlačí se k desce, následně se do hubice přivádí depoziční roztok, který působí na zvolenou elektrodu, a průběžně se z hubice odvádí, načež po zastavení přívodu depozičního roztoku do hubice a odsátí zbytkového roztoku se hubice zvedne a přemístí nad další elektrodu sousedního čipu a postup se opakuje.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se na elektrodu působí postupně několika depozičními roztoky.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se na hubici a desku přivede řízené elektrické napětí nebo proud.

4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se během procesu depozice reguluje teplota přiváděného chemického roztoku a/nebo teplota desky $ čipy.

5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se poloha hubice, volba roztoku, jeho teplota, přívod a odvod, jakož i teplota desky a hodnota napětí nebo proudu procházejícího elektrodou ovládají programovatelnou řídicí jednotkou.

6. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je tvořeno polohovacím zařízením (1) s přesností lokalizace řádově v pm, na jehož stole se nachází upínač čipových desek (4) a na jeho rameni (2) posuvném v osách x, y a z je upevněna hubice (3) směřující k desce (4), v ose hubice (3) je přívodní tryska (5) depozičního roztoku a ve stěně jeho odvod, přičemž je hubice (3) přes čerpadlo (8) napojena na alespoň jeden zásobník (7) depozičního roztoku.

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že je opatřeno několika zásobníky (7) depozičních roztoků s přepínačem (β) roztoků.

8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že je na stole nebo na spodní straně hubice opatřeno kontaktní elektrodou (10).

9. Zařízení podle nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že je opatřeno termostatem (6) ke kontrole teploty depozičních roztoků a desky (4).

10. Zařízení podle nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že pohony polohovacího zařízeni (1), čerpadlo (8) a přepínač (9) roztoků, elektroda (10) a termostat (6) ^sou napojeny na programovatelnou řídicí jednotku (11).