[發明專利]一種基于無掩模灰度光刻的變高度微流道制作方法

有效

• 申請號: 201210175163.4
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102674241A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 倪中華;項楠;易紅;陳科;孫東科
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬涉及微流控芯片加工技術，具體地說，是一種基于無掩模灰度光刻的變高度微流道制作方法。

背景技術

微流控芯片作為近年來新出現的精確操控和定量分析微納米材料的微型化檢測分析工具，已被廣泛用于解決生化分析、臨床診斷、生物學研究、合成化學及微納制造等基礎研究或工程應用中。隨著微流控技術研究的深入，其芯片結構和功能形式日益復雜和多樣化，這對其配套的微細加工技術提出了更高的挑戰。如何快速、低成本制作所需原型測試芯片已成為微流控研究領域中的一個重要課題。

基于模塑法的聚合物芯片加工技術的提出為微流控芯片的快速、低成本探索研究提供了一條有效途徑。但該技術一般需要根據所需芯片結構和功能預先制作倒模所需微結構陽模。各國學者針對微結構陽模的加工制作技術進行了大量的探索研究，并提出了一系列新型工藝和技術改進方案。具體而言可分為以下幾類：第一類是省去昂貴的光刻設備，如以太陽光、LED作為光源進行光刻加工，但該類技術存在制作精度低等問題。第二類是借助非光刻設備，如利用高精度機床在金屬基片上切削出所需微結構陽模，再如硅的深反應離子刻蝕或濕法刻蝕來制作硅基陽模等，但該類技術存在單次加工成本高等問題。第三類是省去復雜的光膠旋涂工藝，如借助感光電路板或感光玻璃等，該類技術也存在加工制作精度低、芯片截面不規整等問題。第四類是省去昂貴且耗時的鉻掩模，該類技術中最早被廣泛采用的方法為采用打印膠片掩模，但該方法的加工制作精度局限于打印設備的精度，已無法滿足現有芯片加工對高精度的需求。同時，無掩模光刻技術由于較高的靈活性和可重構性而得到較為廣泛的研究重視，但該類技術由于受到光學投影視域的限制，很少用于大結構微流控芯片的加工制作。

另外，現有的微流控芯片中的流道結構一般為等高度形式，而變高度流道在微納米材料的精確定位和操控中有著極其重要的作用。僅有的部分變高度流道制作研究一般采用多步光刻技術來實現，該技術需要借助復雜的多次對準技術。

綜上所述，如能開發一種快速、低成本的變高度微流道制作加工技術，必能在一定程度上解決上述局限問題，為豐富微流控配套的微細加工技術做出一定貢獻。

發明內容

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明提供了一種基于無掩模灰度光刻快速、低成本制作變高度微流道的方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

一種基于無掩模灰度光刻的變高度微流道制作方法，包括以下步驟：

（1）清洗、涂膠：在清洗過的透明材料制成的基片上旋涂負光刻膠層；

（2）前烘：將旋涂好負光刻膠層的基片前烘；

（3）無掩模反面灰度光刻：將前烘后的基片上負光刻膠層朝下進行無掩模反面灰度光刻：將灰度圖片掩模導入無掩模光刻系統來控制投射至膠層的微縮光圖形的生成和光強分布，即紫外曝光波段以微縮光圖形的方式照射負光刻膠層，使負光刻膠層產生光化學反應而交聯固化；其中，灰度值大的區域投射的紫外光功率密度強，紫外光曝光波段照射覆蓋區域的負光刻膠固化所形成的微結構高度較高；灰度值小的區域投射的光功率密度弱，紫外光曝光波段照射覆蓋區域的負光刻膠固化所形成的微結構高度較低；經過紫外光曝光波段照射，負光刻膠形成與掩模圖片的灰度值相對應的顯模；

（4）曝后烘：將顯模進行曝后烘；

（5）顯影：將經曝后烘的顯模浸入到顯影液中，去除未被固化的負光刻膠，從而獲得帶有變高度微結構的陽模；

（6）硬烘：將得到的陽模硬烘；

（7）倒模：借助模塑法制作與陽模互補的帶有變高度微結構的聚合物基片；

（8）打孔、鍵合：將聚合物基片與載玻片鍵合，形成變高度微流道。

其中，步驟（1）中，所述的透明材料為透明玻璃圓晶。

其中，步驟（3）中，當制作大結構流道時，采用如下拼接曝光技術：灰度掩模圖片導入后，被自動分為N×M個子區域，N、M為自然數，N、M分別表示橫向、豎向子區域的數量,單個子區域的面積與單次曝光區域相等；并依次根據各個子區域內的圖形和灰度值分布對負光刻膠層進行紫外曝光，進而形成整個大結構流道的顯模。

其中，通過如下方式實現多個子區域的無縫拼接：相鄰子區域存在水平或豎直方向留有互相重疊的區域，重疊區域微結構高度的形成是由紫外光多次曝光疊加而成，灰度掩模圖片在拼接區域的曝光劑量等于正常曝光劑量的1/n，其中，n為重疊區域的照射次數；n次照射的曝光強度相等。

其中，重疊區域的最小邊長為20像素。