[發明專利]一種加工制作PDMS微流控芯片中對準曝光系統的對準標記設計

有效

• 申請號: 202011578147.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112882358B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 趙幸福;朱海燕;張迎潔;印唐臣;孫逸凡;王天倫;楊佳銘
• 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

本發明公開了一種加工制作PDMS微流控芯片中對準曝光系統的對準標記設計，本發明的對準標記將復雜高難度的對準工藝拆分成粗對準與精對準兩步，降低了難度，又由于微流控芯片加工制作對精對準要求不高，同時本工藝又能降低粗對準難度，所以本方法較適合微流控芯片加工，能夠節省時間提高效率，提高產品的合格率。

技術領域

本發明涉及一種光刻裝置的對準曝光(aligner)系統，具體涉及一種加工制作PDMS微流控芯片中對準曝光系統的對準標記設計。

背景技術

隨著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。光刻工藝是通過曝光技術將掩膜上的圖形轉移到涂覆于基片(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基片上。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，掩膜通道區域為透明，其他為不透明，UV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，不會被后續顯影液洗掉，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，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，此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、集成電路制造技術和微光學、微機械技術的先導和基礎。

復雜多層微流控芯片加工過程中掩膜與基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。套刻精度是光刻機的重要技術指標，而對準精度是影響套刻精度的主要因素。掩膜及基片上的對準記號對于套刻精確度有較大影響。常用于集成電路制造的掩膜對準有基于幾何圖案、波帶片的強度探測、激光干涉、莫爾條紋等對準標記，對準誤差只允許在光刻分辨率(小于1微米)的1/3-1/5范圍，對技術設備要求較高。對于微流控芯片，套刻精度要求相對較低，普通曝光機對準偏差控制在10微米以內就可滿足應用，采用基本的幾何圖案對準即可。如此，微流控芯片制作對準標記的設計對套刻精度的影響相對更大，對準效果將對人為因素依賴性更大。光刻機(曝光機)上掩膜與基片的對準時掩膜平臺與基片平臺都可平移，基片平臺還可以上下移動及旋轉。掩膜上的對準標記與基片上的標記完全重合時即表示完全對準。微流控芯片加工中使用的對準標記圖形不宜太大，不能像集成電路制作中設計的大塊對準標記那樣，因為為了提高套刻精度光刻機顯微鏡放大倍率較大，導致視野較小，標記圖形太大會超出了光刻機顯微鏡觀察視野，使用放大倍率小的物鏡又會降低套刻精確度，另外，標記較大也不利于硅片的回收再利用。常用的對準標記有“十”字架、“米”字型、方框等結構，其中十字架標記使用較多，但是此標記為兩條垂直的線所覆蓋面積較少，在用負性光刻膠進行光刻操作時，掩膜十字架為透明，線條窄，較難透過掩膜上面積有限的十字架(圖1左白色)探查位于下方基片上的十字架(圖1左深灰色)對準標記，增大了對準難度，使用效果差。米字型與方框也有類似的缺點。另外，常用的對準標記多設計在掩膜邊緣位于前后左右四個位置，標記個數多理論上可以增加對準精確度，但實際操作中較多的對準位點反而會導致顧此失彼的結果，降低對準效率，高倍顯微鏡下大范圍內搜索目標標記也比較困難。對于對準精度要求不高的微流控芯片制作加工，我們使用處在對位的兩個標記即可，觀察此兩點僅需調節移動工作臺進行橫向或縱向單向的移動(圖1右)，直線運動便于快速找到標記，方便快速，也較容易觀察因旋轉導致的偏差，提高了對準效率。硅片的旋轉偏差是套刻操作都會面臨的問題，相對于前后左右的平移操作，旋轉偏差更難校正，因為只要旋轉的中心與硅片不同心，就難以判斷旋轉的效果，甚至造成更大的偏差。另外，顯微鏡目鏡下物體運動方向與我們的認知習慣不一致，這也增加了對準操作的難度等。