利用小滴流体操纵物体制造技术

一种用于操纵小物体的系统，包括：　　　　运送该小物体的载体；　　　　接收该小物体的衬底；以及　　　　将该小物体与该载体和／或该衬底可分开地连接的小滴流体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】小物体的操纵与半导体器件的制造是特别相关的。小电子元件需要精确放置在衬底上。经常将晶状的Si晶片用作衬底。显然半导体器件的成本与衬底的尺寸关联密切，因此，衬底上制造的半导体器件越多，则每个半导体器件的生产成本就越低。如果给定了衬底的表面尺寸，那么当采用较小尺寸的元件时，则衬底上容纳的半导体器件的数量将会增多。需要操纵这些元件，例如需要将其拾取并精确放置在衬底上的预定位置处。本专利技术涉及一种用于操纵小物体的系统。从美国专利US6294063中获知这样一种系统。已知的用于操纵的系统尤其涉及对密闭封装的操纵。已知系统包括为该密闭封装提供相互作用位置的反应面。进一步提供了与该反应面连接的入口，以便将密闭封装引入到该反应面上。产生可编程的操纵力，使密闭封装通过任意选择的路径在反应面周围移动。通过电场或通过光源产生该操纵力。该操纵力可包括介电泳力、电泳力、光学力或机械力。已知系统的缺点是密闭封装只能在反应面上移动，因此当更多的密闭封装放置在该反应面上时，操纵变得更加麻烦。此外，密闭封装的尺寸在100nm到1cm的范围内。本专利技术的目的在于提供一种用于操纵小物体的系统，该系统特别在操纵大量小物体的应用中更加灵活。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于操纵小物体的系统，该系统能够操纵比已知密闭封装更小的小物体。通过根据本专利技术的用于操纵小物体的系统能够实现上述目的，所述系统包括运送该小物体的载体；接收该小物体的衬底；以及将该小物体与该载体和/或该衬底可分开地连接的小滴流体。根据本专利技术的用于操纵小物体的系统基于表面润湿的物理现象来工作。特别有利的是可以采用电控的表面润湿，即电润湿。本专利技术的用于操纵小物体的系统利用将该小物体与载体可分开地连接的小滴流体，在该载体上，小物体输送到衬底。这种小滴流体还可以或可替换地用于在到达时连接小物体和衬底。在一个例子中，例如通过范德华力使小物体很弱地接合到载体上并运送到衬底。然后该小物体与衬底上的小滴流体接触。小物体与小滴流体的接合比该小物体与载体的接合更强，当载体移开时，该小物体通过小滴流体保持与衬底的连接。最后，例如通过蒸发除去该小滴流体。在另一个方案中，该小滴流体使该小物体在传送过程中与该载体连接。在到达时，该小物体与衬底的连接比该小物体与该小滴流体的连接更强。当载体移开时，该小滴流体和小物体之间的连接断开，之后该小物体留在该衬底上。本专利技术的用于操纵小物体的系统特别用于操纵所讨论的具有对运载流体有适度润湿性的承载侧的小物体。当在操作中时，运载小滴流体用于在该小物体的承载侧拾取该小物体。当该运载小滴流体移动到接近该小物体时，小物体承载侧和运载小滴流体的流体之间的粘附力使该小物体与该运载小滴流体连在一起。然后，将载有该小物体的运载小滴流体运送到该小物体在衬底上的目标位置。此外，该小物体与运载小滴流体的粘附力很低，从而使该小物体面向目标区的一侧与该目标区之间的粘附力大于该运载小滴流体与该小物体承载侧之间的适度粘附力。小物体承载侧和运载小滴流体之间的适度润湿性和相应的适度粘附力应该足够大，以使该小物体与流体运载小滴流体充分接合，另一方面，该适度粘附力应该足够小，从而在该小物体和将要放置小物体的衬底之间存在较高的润湿性和相应较大的粘附力。值得注意的是，相应较大的粘附力至少应当涉及当放置小物体时该小物体面向衬底的那一侧，和放置小物体的衬底上小滴流体的目标区表面。有各种方法将小物体从目标小滴流体放置到衬底上。值得注意的是，在将该小物体运送到目标小滴流体上的目标区之后，可以将该小物体胶合在衬底的目标区上；另一种接合方法也是可行的，如当该小物体到达其目标位置时利用冷却的蜡，或者通过焊接将该小物体接合到该衬底的目标位置上。用于操纵小物体的这种系统特别适合于操纵非常小的物体，这些小物体明显小于由已知的用于操纵小物体的系统所操纵的小物体。本专利技术的用于操纵小物体的系统能够操纵尺寸在20μm到500μm范围内的小物体。本专利技术的用于操纵小物体的系统进一步适合于并行地操纵多个小物体。多种液体都适合于形成该小滴流体，甚至可以使用蒸汽泡。该运载小滴流体应该具有粘附力，并因此应该具有表面张力，从而使该小滴流体以稳定的方式运载该小物体。目标小滴流体与该小物体的粘附力应该比该运载流体与该小物体的粘附力大，或者电润湿效应应该使目标小滴流体与该小物体的粘附力增大，以大于该小物体与运载流体的粘附力。参考从属权利要求中限定的实施例来进一步详尽阐述本专利技术的这些和其他方面。优选的是，用于操纵小物体的系统还具有在衬底上的目标小滴流体，该小物体具有高润湿性的目标侧。即，承载侧对运载流体具有适度粘附力，而目标侧对目标流体具有较大粘附力。在一些应用中，同一种流体既可以用作运载小滴流体也可以用作目标小滴流体。例如，当该流体是水或水溶液时，承载侧具有较低程度的适度亲水性，而目标侧具有更强的亲水性。当在操作中时，载体用指向小物体承载侧的运载小滴流体拾取待操纵的小物体。然后该小物体通过运载小滴流体与载体弱连接。例如，该小物体留在该运载小滴流体上，或者当采用略微亲水性的承载侧时，该小物体悬在该载体上。然后将带有与运载小滴流体连接的小物体的载体，即载有小物体的运载小滴流体移动到衬底，从而使该小物体的目标侧接触目标小滴流体。由于该目标侧是更强烈亲水的，因此小物体与目标小滴流体的连接比该小物体与运载小滴流体的连接更强。通过移动载体离开衬底，首先断开运载小滴流体与小物体的连接，小物体保持与衬底上的目标小滴流体连接。这样，将小物体放置在衬底上。然后，通常例如通过蒸发目标流体的流体蒸发而除去该目标小滴流体。优选的是，预先制备衬底，目标小滴流体置于预定位置或按照预定空间图案放置。因此，一个或多个小物体自动设置于这些预定位置或根据该预定图案放置。因此，小物体不需要对衬底表面上的适当路径进行繁重的搜索就可以到达其衬底上的目标位置。当运载和目标小滴流体相对于小物体较小时，获得了用于拾取该小物体并将其放置在适当位置的特别好的结果，从而使该小滴流体的尺寸，特别是当小滴流体位于载体或衬底上时该小滴流体的厚度，与小物体的尺寸，特别是小物体在横截于所讨论的该小滴流体的方向上的尺寸之比在1/10到1/3的范围内。最有利的是，这一比值约为1/5。在小物体的横向尺寸和小滴流体厚度之比为1/10到1/3的范围内，所讨论的通过小滴流体运载的小物体或者悬在小滴流体上的小物体实现了稳定平衡。值得注意的是，当小物体和小滴流体的尺寸之比在优选范围内时，几乎从来不会出现运载小滴流体的意外破裂或者目标小滴流体的意外破裂。此外，所讨论的小滴流体的厚度应该大大低于小物体横向尺寸(宽度)的1/2，即小于1/3，从而使该小物体以稳定的方式留在小滴流体的顶部。另一方面，小滴流体相对于该小物体的宽度不应该太薄，从而使小滴流体能够有效地将小物体与其上设置小滴流体的表面分开。特别是，小滴流体优选应该比小物体的宽度的1/10更薄。这样，加载的小滴流体在其上移动的表面的不规则性不会妨碍载有小物体的小滴流体的运动。优选的是，衬底具有一个或多个电极。这些电极可以设置在衬底的表面上或该表面下。通过施加电压可以驱动这些电极。这一电压影响运载小滴流体和衬底表面之间的相互作用。值得注意的是，运载小滴流体和衬底表面的接触角随该衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于操纵小物体的系统，包括运送该小物体的载体；接收该小物体的衬底；以及将该小物体与该载体和/或该衬底可分开地连接的小滴流体。2.如权利要求1所述的用于操纵小物体的系统，其中-在载体上置有运载小滴流体。3.如权利要求1或2所述的用于操纵小物体的系统，其中-在载体上置有目标小滴流体。4.如权利要求1所述的用于操纵小物体的系统，其中目标小滴流体放置在衬底上的预定位置或按照预定图案放置。5.如权利要求1所述的用于操纵小物体的系统，其中小滴流体的尺寸与物体的尺寸之比在1/10到1/3的范围内。6.如权利要求1所述的用于操纵小物体的系统，其中衬底具有一个或多个电极。7.如权利要求4所述的用于操纵小物体的系统，其中电极的形状对应于小物体的形状。8.一种用于操纵小物体的系统，包括-...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·J·德雷，R·M·沃夫，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：