[發明專利]一種PDMS微流控芯片加工中套刻工藝的對準操作流程

有效

• 申請號: 202011243536.8
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112346308B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 趙幸福;孫逸凡;印唐臣;朱海燕;張迎潔
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G03F9/00
• 分類號: G03F9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

本發明公開了一種PDMS微流控芯片加工中套刻工藝的對準操作流程，本發明在光刻之前充分、系統地做好準備工作，光刻時便得心應手，可以快速而順利完成套刻對準。準備工作完成后，光刻機操作時間可以控制在半小時以內，提高了工作效率，也減少了機器的消耗。使用本發明的技術方案，初學者也能較好地完成高難度的套刻對準。使用本技術方案在普通國產曝光機JKG?2A進行套刻也可以實現與進口光刻機ABM.Inc.Mask Aligner相同的套刻結果，使用本技術進行微流控加工的套刻對準，對準偏差小于5微米，然而對準精度要求為只要能連通高低通道即可，完全滿足微流控芯片加工使用。

技術領域

本發明涉及一種套刻光刻的操作工藝流程，具體涉及加工制作PDMS微流控芯片中套刻對準曝光的對準工藝流程。

背景技術

UV光刻技術是微納加工領域的常用技術，例如，用于集成電路制造、微光學、微機械及近年來迅速發展的微流控芯片加工等。再例如，最近比較受關注的華為手機制造受芯片的供應限制的問題，制約芯片制造的瓶頸正是光刻加工。光刻工藝是通過曝光技術將掩膜上的圖形轉移到涂覆于硅片(硅片)表面的光刻膠上，然后通過顯影、堅模、刻蝕等工藝將圖形轉移到硅片上。對于PDMS微流控芯片的制作加工則是將UV(紫外光)敏感的光刻膠(例如SU-8負性光刻膠)均勻涂布在硅片上，預先設計好掩膜帶有芯片通道圖案，在使用SU-8負性光刻膠進行光刻時，掩膜得通道區域設計為透明，其他為不透明，曝光時高能量的UV(紫外光)穿過掩膜透明區域照在光刻膠上會使光刻膠分子發生交聯反應，對顯影試劑不再敏感，不會被顯影液洗掉，未被照射區域可被顯影液清洗掉，如此可在硅片上制作出凸起物類似模具，這樣就把掩膜上的芯片設計圖案轉移到硅片上，形成模具，稱之陽模。液態PDMS膠倒在模具上，固化后揭起，形成PDMS上的微通道，通道圖案與掩膜上的設計一致。如此通過光刻、顯影、PDMS注塑工序掩膜上的幾何圖形轉移到PDMS上制作出微流控芯片，制作過程與集成電路制造相同。光刻工藝是微流控芯片制作的先導和基礎。

復雜多層微流控芯片加工過程中掩膜與硅片的對準是光刻中的關鍵步驟。復雜多層微流控芯片需要將兩種或多種高度的微通道設計在同一個芯片上，一次光刻膠涂布只能制作出一個高度的微通道，多種高度的微通道需要經過多次涂布、曝光、顯影才能完成。每次曝光都需要一塊掩膜，光刻曝光時每一塊掩膜都需要和前次已經光刻的圖像進行對準，以保證每一層圖形有精確的相對位置，這稱為套刻對準。套刻是微流控芯片加工中較為復雜也有難度的操作，然而隨著微流控芯片的功能集成化、結構復雜化及微流控技術應用范圍的擴大，套刻工藝使用的越來越多。套刻中對準精度是影響套刻精度的主要因素。當然，作為進行套刻的對準操作工序將較大影響結果精度。套刻對操作員的技術經驗要求較高，特別是使用低性能的光刻設備進行套刻時，優化的套刻工藝意義更大。微流控芯片加工其套刻精度要求相對不高，這也是微流控芯片加工套刻工藝的特征。套刻對準時，將掩膜對準標記與下面的硅片上對準標記重疊即實現對準。曝光前，安裝好硅片及掩膜后顯微鏡下進行對準，由于對準標記較小，透過掩膜同時找到硅片上多個對應的標記難度較大，同時因為是微米尺度的操作，費時費力消耗大，效率低。以往的對準操作工藝可以采用大標記作對準，標記面積大便于發現，但是會在硅片上留下較大圖案，同時，在光刻機高倍目鏡的小視野下，只能顯示標記的一部分，不利于快速判斷偏移偏差，較為主要的是大標記實現粗對準容易，不好作精細對準。還可以在掩膜臺上作掩膜記號，通過記號使兩次曝光掩膜位置相同，硅片也同樣處理，以完成對準，這是一種較好的實現對準的方法，但是作標記的方式多種多樣，不夠統一。同時，因操作者經驗技術及操作習慣和使用的機器的性能而異，對準精度要求不同，對準操作工藝有所差異。我們也曾提出過使用十字架疊加小圓面的對準標記，先完成粗對準再完成精對準，分步完成降低難度。