多通道石英晶体微天平芯片的制作装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多通道石英晶体微天平芯片的制作装置，属于石英晶体微天平的微加工领域。
【背景技术】
[0002]石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbanlance，QCM)是一种声波厚度剪切模式传感器，由一块具有压电效应的石英晶体片和成对的电极组成。根据外部物理载荷的特点，QCM分为重量载荷和粘弹性载荷两类。重量载荷是沉积在电极表面的附着物，其引起QCM谐振频率变化，主要应用在物理蒸发沉积过程的厚度监测;粘弹性载荷是QCM处于粘弹性介质环境中产生的载荷，液体的粘度和密度导致谐振频率变化，其主要应用于生物和化学传感。QCM在传感领域具有高灵敏度、高稳定性、低成本、快速响应和免标记检测等特点，应用还包括:电化学、分析化学和免疫分析、病毒检测、蛋白质互相作用监测等多个领域。
[0003]单个QCM面临的主要技术缺陷为测量参数受环境变量如温度、粘度、传导率影响较大，AT石英具有较低的温度系数，其应用虽然能减弱温度的影响，但温度和其他影响因素仍不能消除。多通道石英晶体微天平(Multichannel Quartz Crystal Microbanlance，MQCM)是在一块石英晶体上阵列多个QCM，选用一个QCM通道作为参照，放置于其他通道相同的环境变量中，其测量的频率变化即为环境引起，再通过作差的方法消除环境变量的影响。另夕卜，还可通过在MQCM不同通道上修饰不同的传感层，实现多成分分析。此外，MQCM还具有匹配性好、集成化程度高、成本低、样品需求少的优势，提供了一个高稳定性、多功能的传感器平台。然而，在MQCM系统中，单个QCM诱导的声波沿石英晶片侧向传播一定距离，如果另一个QCM位于此声场附近，声波干涉便形成，只有当相邻QCM间距足够大时，干扰问题才能消除。因此，MQCM技术面临着声波干扰问题，其不仅影响其性能和测量结果的准确性，而且约束其小型化。通过在电极区域加工凹孔形成反台面结构是一种减小MQCM中相邻QCM干扰的方法。根据QCM固有谐振频率反比于电极区域晶片厚度，反台面结构凹孔的加工使得反台面结构使得电极区域谐振频率大于非电极区域谐振频率，从而加大电极区域和非电极区域的固有谐振频率的差异，厚度剪切声波的能量更好的限制在电极区域、减小向相邻QCM传播的能量，最终有效的减小MQCM的声波干扰。
[0004]带有反台面结构的QCM的加工方法分为两类:传统的化学刻蚀方法和离子刻蚀方法。传统的化学刻蚀方法是利用氢氟酸能与石英晶体反应，而光刻胶或部分金属膜不与氢氟酸发生反应的原理加工反台面结构。即首先在晶体表面涂覆不与氢氟酸发生反应的光刻胶或金属膜，然后通过曝光、显影方法去除电极区域对应的光刻胶、金属膜，暴露出其下的晶片，再将晶片直接与含刻蚀剂HF、缓冲剂NH4F的溶液反应。没有光刻胶或金属膜保护的电极区域与刻蚀剂反应，其他部分不与刻蚀液反应，即形成具有一定深度的凹孔。加工MQCM时则是通过反复上述的操作，加工出多个反台面结构，最后镀电极形成MQCM芯片。通过化学刻蚀方法制作MQCM存在以下缺点:I)工序复杂;2)HF毒性大，操作危险;3)由于HF与接触的石英晶片都会反应，导致得到的凹孔尺寸不规则;4)涂布光刻胶、金属膜容易引起晶片污染。
[0005]离子刻蚀的方法是指将Ar、Kr或Xe之类的惰性气体或可与芯片材料反应的HF气体电离形成离子，射向晶片表面，产生碰撞，使原子抛离晶体表面，便形成反台面结构，再镀电极形成QCM芯片。但目前这种方法主要用于制作单个反台面结构QCM，并未推广到MQCM的制作。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的是提供一种多通道石英晶体微天平芯片的制作装置。该装置不仅可以通过离子刻蚀方法一次性在石英晶片上加工多个不同深度的反台面结构，还可同时在石英晶片上镀电极，制作多通道石英晶体微天平芯片，节约了制作成本、提高了制作效率。
[0007]本发明实现其发明目的所采取的技术方案是:一种多通道石英晶体微天平芯片的制作装置，包括电极加工部件和芯片固定部件，其特征在于:所述电极加工部件由位于下部的共用电极加工板和通过可拆卸方式固定于共用电极加工板上部的功能电极加工板构成，所述共用电极加工板上有至少一个用于加工共用电极的共用电极孔，功能电极加工板上与所述每个共用电极孔对应的区域处开有至少两个用于加工功能电极的功能电极孔;所述芯片固定部件可将芯片固定于共用电极加工板和功能电极加工板之间，并覆盖每个共用电极孔;所述功能电极加工板的上部还设置有可遮挡部分功能电极孔的遮挡部件，用于加工反台面结构。
[0008]本发明的工作过程是:将芯片通过芯片固定部件固定于共用电极加工板和功能电极加工板之间，然后组装固定共用电极加工板和功能电极加工板，整体置于真空腔中进行离子刻蚀，在芯片加工功能电极的区域加工凹孔形成反台面结构。在离子刻蚀过程中，还可通过机械手之类的自动装置控制遮挡部件遮挡部分功能电极孔继续刻蚀，从而可加工出不同深度的反台面结构。然后分别在加工功能电极的区域和加工共用电极的区域镀电极，形成功能电极和共用电极，即完成多通道石英晶体微天平的制作。
[0009]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0010]本发明配合离子刻蚀方法可以一次性在石英晶片上加工多个同深度或不同深度的反台面结构，制作多通道石英晶体微天平。相比于化学刻蚀方法，本发明避免了操作过程中接触毒性大的化学物质和晶片污染，制作的台面形状规则，工艺简单。而且，本发明装置在完成刻蚀之后不须拆卸可直接镀电极，节约了制作成本，提高了制作效率，有利于大量的工业化应用。
[0011]进一步，本发明所述芯片固定部件的具体结构是:在所述共用电极加工板上表面的共用电极孔处设置有下芯片固定槽。
[0012]或者，在所述功能电极加工板下表面的功能电极孔处设置有上芯片固定槽。又或者，在所述共用电极加工板上表面的共用电极孔处设置有下芯片固定槽，在功能电极加工板下表面的功能电极孔处设置有上芯片固定槽，所述共用电极加工板上表面的下芯片固定槽与功能电极加工板下表面的上芯片固定槽大小相同，位置对应，共同将芯片固定于共用电极加工板和功能电极加工板之间。
[0013]这样，通过简单的方式达到了固定芯片的目的，制作工艺简单，成本低。
[0014]进一步，本发明所述共用电极加工板和功能电极加工板之间通过可拆卸方式固定的一种具体方式是:共用电极加工板和功能电极加工板的边缘对应位置处设置有带磁性的材料，共用电极加工板和功能电极加工板通过磁性吸引力结合固定。
[0015]这样，通过简单的方式完成了共用电极加工板和功能电极加工板的快速可拆卸固定，提高了多通道石英晶体微天平的制作效率。
[0016]再进一步，本发明所述共用电极加工板和功能电极加工板上设置有对准装置，用于共用电极加工板和功能电极加工板通过磁性吸引力结合时，共用电极孔和功能电极孔位置对准。所述对准装置的一种具体结构是:共用电极加工板的上表面设置有至少一个凸起，功能电极加工板的下表面对应位置处设置有与所述凸起配合的凹槽，共用电极加工板和功能电极加工板通过磁性吸引力结合时，通过共用电极加工板上的凸起和功能电极加工板上的凹槽