專利名稱：一種基于無(wú)掩?；叶裙饪痰淖兏叨任⒘鞯乐谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬涉及微流控芯片加工技術(shù)，具體地說(shuō)，是一種基于無(wú)掩?；叶裙饪痰淖兏叨任⒘鞯乐谱鞣椒ā?br> 背景技術(shù)：
微流控芯片作為近年來(lái)新出現(xiàn)的精確操控和定量分析微納米材料的微型化檢測(cè)分析工具，已被廣泛用于解決生化分析、臨床診斷、生物學(xué)研究、合成化學(xué)及微納制造等基礎(chǔ)研究或工程應(yīng)用中。隨著微流控技術(shù)研究的深入，其芯片結(jié)構(gòu)和功能形式日益復(fù)雜和多樣化，這對(duì)其配套的微細(xì)加工技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。如何快速、低成本制作所需原型測(cè)試芯片已成為微流控研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。 基于模塑法的聚合物芯片加工技術(shù)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(shù)一般需要根據(jù)所需芯片結(jié)構(gòu)和功能預(yù)先制作倒模所需微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模。各國(guó)學(xué)者針對(duì)微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模的加工制作技術(shù)進(jìn)行了大量的探索研究，并提出了一系列新型工藝和技術(shù)改進(jìn)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(shè)備，如以太陽(yáng)光、LED作為光源進(jìn)行光刻加工，但該類技術(shù)存在制作精度低等問(wèn)題。第二類是借助非光刻設(shè)備，如利用高精度機(jī)床在金屬基片上切削出所需微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模，再如硅的深反應(yīng)離子刻蝕或濕法刻蝕來(lái)制作硅基陽(yáng)模等，但該類技術(shù)存在單次加工成本高等問(wèn)題。第三類是省去復(fù)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(shù)也存在加工制作精度低、芯片截面不規(guī)整等問(wèn)題。第四類是省去昂貴且耗時(shí)的鉻掩模，該類技術(shù)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(shè)備的精度，已無(wú)法滿足現(xiàn)有芯片加工對(duì)高精度的需求。同時(shí)，無(wú)掩模光刻技術(shù)由于較高的靈活性和可重構(gòu)性而得到較為廣泛的研究重視，但該類技術(shù)由于受到光學(xué)投影視域的限制，很少用于大結(jié)構(gòu)微流控芯片的加工制作。另外，現(xiàn)有的微流控芯片中的流道結(jié)構(gòu)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(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)需要借助復(fù)雜的多次對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。綜上所述，如能開(kāi)發(fā)一種快速、低成本的變高度微流道制作加工技術(shù)，必能在一定程度上解決上述局限問(wèn)題，為豐富微流控配套的微細(xì)加工技術(shù)做出一定貢獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)上述現(xiàn)有存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明提供了一種基于無(wú)掩?；叶裙饪炭焖佟⒌统杀局谱髯兏叨任⒘鞯赖姆椒?。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案
一種基于無(wú)掩?；叶裙饪痰淖兏叨任⒘鞯乐谱鞣椒?，包括以下步驟
(1)清洗、涂膠在清洗過(guò)的透明材料制成的基片上旋涂負(fù)光刻膠層；
(2)前烘將旋涂好負(fù)光刻膠層的基片前烘；(3)無(wú)掩模反面灰度光刻將前烘后的基片上負(fù)光刻膠層朝下進(jìn)行無(wú)掩模反面灰度光刻將灰度圖片掩模導(dǎo)入無(wú)掩模光刻系統(tǒng)來(lái)控制投射至膠層的微縮光圖形的生成和光強(qiáng)分布，即紫外曝光波段以微縮光圖形的方式照射負(fù)光刻膠層，使負(fù)光刻膠層產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)固化；其中，灰度值大的區(qū)域投射的紫外光功率密度強(qiáng)，紫外光曝光波段照射覆蓋區(qū)域的負(fù)光刻膠固化所形成的微結(jié)構(gòu)高度較高；灰度值小的區(qū)域投射的光功率密度弱，紫外光曝光波段照射覆蓋區(qū)域的負(fù)光刻膠固化所形成的微結(jié)構(gòu)高度較低；經(jīng)過(guò)紫外光曝光波段照射，負(fù)光刻膠形成與掩模圖片的灰度值相對(duì)應(yīng)的顯模；
(4)曝后烘將顯模進(jìn)行曝后烘；
(5)顯影將經(jīng)曝后烘的顯模浸入到顯影液中，去除未被固化的負(fù)光刻膠，從而獲得帶有變高度微結(jié)構(gòu)的陽(yáng)模；
(6)硬烘將得到的陽(yáng)模硬烘；
(7)倒模借助模塑法制作與陽(yáng)?；パa(bǔ)的帶有變高度微結(jié)構(gòu)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(I)中，所述的透明材料為透明玻璃圓晶。其中，步驟(3)中，當(dāng)制作大結(jié)構(gòu)流道時(shí)，采用如下拼接曝光技術(shù)灰度掩模圖片導(dǎo)入后，被自動(dòng)分為NXM個(gè)子區(qū)域，N、M為自然數(shù)，N、M分別表示橫向、豎向子區(qū)域的數(shù)量，單個(gè)子區(qū)域的面積與單次曝光區(qū)域相等；并依次根據(jù)各個(gè)子區(qū)域內(nèi)的圖形和灰度值分布對(duì)負(fù)光刻膠層進(jìn)行紫外曝光，進(jìn)而形成整個(gè)大結(jié)構(gòu)流道的顯模。其中，通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)子區(qū)域的無(wú)縫拼接相鄰子區(qū)域存在水平或豎直方向留有互相重疊的區(qū)域，重疊區(qū)域微結(jié)構(gòu)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(qū)域的曝光劑量等于正常曝光劑量的1/n，其中，n為重疊區(qū)域的照射次數(shù)；n次照射的曝光強(qiáng)度相等。其中，重疊區(qū)域的最小邊長(zhǎng)為20像素。其中，步驟(7)中，所述的變高度微結(jié)構(gòu)的聚合物基片采用聚二甲基硅氧烷。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)成本低，加工制作周期短，流道截面形式多樣，無(wú)需復(fù)雜的多次定位光刻技術(shù)。本工藝流程的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用無(wú)掩模光刻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有掩模光刻技術(shù)來(lái)制作所需微結(jié)構(gòu)流道。由于該技術(shù)不需要預(yù)制作耗時(shí)、耗資的物理掩模，因此具有靈活性高、成本低、重構(gòu)性好等優(yōu)點(diǎn)。此外，有別于傳統(tǒng)的正面光刻技術(shù)，本發(fā)明中采用反面灰度光刻來(lái)制作新型的變高度微流道，克服了傳統(tǒng)微加工技術(shù)僅能加工二維平面流道結(jié)構(gòu)的局限。


圖I是本發(fā)明工藝流程圖。圖2是本發(fā)明所述大結(jié)構(gòu)流道的多步序列曝光流程。圖3是圖2中相鄰四個(gè)曝光子區(qū)域的無(wú)縫拼接原理示意圖。圖4是連續(xù)漸變灰度掩模設(shè)計(jì)方案與對(duì)應(yīng)的連續(xù)漸變高度微結(jié)構(gòu)截面形式。圖5是周期性漸變灰度掩模設(shè)計(jì)方案與對(duì)應(yīng)的周期性漸變高度微結(jié)構(gòu)截面形式。圖6是對(duì)稱分布漸變灰度掩模(中心附近灰度值小)設(shè)計(jì)方案與對(duì)應(yīng)的中心下凹狀變高度微結(jié)構(gòu)截面形式。
圖7是對(duì)稱分布漸變灰度掩模(中心附近灰度值大)設(shè)計(jì)方案與對(duì)應(yīng)的中心上凸?fàn)钭兏叨任⒔Y(jié)構(gòu)截面形式。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。如圖I所示，本發(fā)明的一種基于無(wú)掩?；叶裙饪痰淖兏叨任⒘鞯乐谱鞣椒ú糠纸梃b了傳統(tǒng)軟光刻技術(shù)中的模塑法，具體包含如下步驟
步驟I :基片的清洗和涂膠。與傳統(tǒng)的硅基陽(yáng)模制作方法不同，反面灰度光刻技術(shù)采用透明的玻璃圓晶2作為基底材料，且需采用負(fù)光刻膠作為微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模的材質(zhì)。由于SU-8膠較適于制作高深寬比微結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中負(fù)光刻膠采用SU-8，通過(guò)在玻璃圓晶2基片上預(yù)旋涂粘接層(如OmniCoat)的方法來(lái)改善SU-8光刻膠層I與玻璃圓晶2基底之間的粘附性差問(wèn)題。
步驟2 :前烘。借助水平熱板3進(jìn)行前烘，去除SU-8光刻膠層I中多余的有機(jī)溶劑。步驟3 :無(wú)掩模反面灰度光刻；將玻璃圓晶2上含SU-8光刻膠層I的那面朝下置于無(wú)掩模光刻系統(tǒng)的高精度電動(dòng)平臺(tái)上，為避免SU-8光刻膠層I與平臺(tái)之間的直接接觸，在電動(dòng)平臺(tái)上放置等厚玻璃片4，用于架起含SU-8光刻膠層I的玻璃圓晶2。待放置完畢并將無(wú)掩模光刻系統(tǒng)準(zhǔn)焦后(使膠層表面在無(wú)掩模光刻系統(tǒng)的焦深范圍內(nèi))，通過(guò)導(dǎo)入特定形狀的灰度圖片掩模來(lái)控制投射至膠層的微縮光圖形7。本發(fā)明中所用無(wú)掩模光刻系統(tǒng)其原理上借助投影光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)要可概括為高壓汞弧燈5發(fā)射的譜線經(jīng)過(guò)一系列光學(xué)元件的準(zhǔn)直、均勻化和濾光后產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的紫外光曝光波段，紫外光可以利用不同波段的光來(lái)進(jìn)行光刻，例如波長(zhǎng)為365nm, 405nm或435nm的紫外光。計(jì)算機(jī)根據(jù)導(dǎo)入的灰度圖片掩模信息來(lái)控制數(shù)字式微鏡(DMD)的開(kāi)閉狀態(tài)產(chǎn)生黑白兩色掩模，或開(kāi)閉狀態(tài)之間的切換時(shí)間產(chǎn)生灰度掩模，進(jìn)而來(lái)實(shí)現(xiàn)射入紫外光的調(diào)制，起虛擬掩模6的作用。通過(guò)識(shí)別灰度圖片掩模信息，高壓汞弧燈5發(fā)出的光經(jīng)DMD調(diào)制后產(chǎn)生微縮光圖形7，微縮光圖形7經(jīng)成像系統(tǒng)的傳輸、校準(zhǔn)及縮放后，經(jīng)過(guò)透明基片投射至膠層表面，誘導(dǎo)膠層內(nèi)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使其溶于顯影液(正膠)或固化不溶于顯影液(負(fù)膠)?；叶戎挡煌瑢?duì)應(yīng)的投射光功率密度不同，負(fù)光刻膠固化深度不同?；叶戎荡蟮膮^(qū)域(靠近255，純白色)投射的光功率密度強(qiáng)，紫外光照射覆蓋區(qū)域負(fù)性光膠層固化所形成的微結(jié)構(gòu)高度相對(duì)較高；而灰度值小的區(qū)域(靠近0，純黑色)，經(jīng)照射后形成的微結(jié)構(gòu)高度相對(duì)較低；圖片掩模中純黑色部分將無(wú)紫外光投射至膠層表面，進(jìn)而光膠層未固化，全溶于顯影液8，形成的微結(jié)構(gòu)高度為O。通過(guò)控制虛擬掩模6的灰度值在微結(jié)構(gòu)圖形中的分布和變化規(guī)律，可制作相應(yīng)的變高度微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模9，并最終實(shí)現(xiàn)各種形狀變深度微流道的制作?；叶葓D片掩模中的圖形對(duì)應(yīng)了不同形狀的流道結(jié)構(gòu)，圖形的不同灰度值，又對(duì)應(yīng)了流道的不同高度。本發(fā)明所述的虛擬掩模6只是一個(gè)代號(hào)，與傳統(tǒng)有掩模光刻中的物理掩模相對(duì)應(yīng)，虛擬掩模6是不存在的，只是整個(gè)無(wú)掩模光刻系統(tǒng)功能的代稱，將虛擬掩模6所起功能對(duì)應(yīng)的灰度圖片掩模導(dǎo)入到無(wú)掩模光刻系統(tǒng)中，無(wú)掩模光刻系統(tǒng)通過(guò)很多組件投射光強(qiáng)不均勻分布的微縮光圖形7，利用該微縮光圖形7來(lái)曝光。無(wú)掩模光刻中產(chǎn)生的微縮光圖形7的功能類似于傳統(tǒng)有掩模光刻中的物理掩模所起功能，所以代稱虛擬掩模。
步驟4:曝后烘。步驟5 :顯影。發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)固化的SU-8負(fù)光刻膠將不溶于顯影液，沒(méi)有發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的膠層可溶于顯影液。因此，可根據(jù)不同曝光劑量下交聯(lián)固化的深度不同，顯影獲得變高度微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模9。步驟6:硬烘。步驟7 :倒模。聚合物基片的材質(zhì)選取聚二甲基硅氧烷(PDMS)，利用模塑法來(lái)制作與變高度微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模9適配的變高度微流道基片10。步驟8 :打孔及鍵合。在變高度微流道基片10上打出通孔11，并將變高度微流道基片10與載玻片12鍵合，完成封裝。整個(gè)加工過(guò)程中，部分具體的工藝方法和參數(shù)，如基片清洗、旋涂工藝參數(shù)、前烘的時(shí)間和溫度、曝后烘的時(shí)間和溫度、顯影的時(shí)間、硬烘的時(shí)間和溫度、倒模中固化溫度和時(shí)間、打孔及鍵合的方法等均需根據(jù)所用光刻膠類型、膠層厚度、基片材質(zhì)及工藝設(shè)備等實(shí)際情況進(jìn)行確定，屬于現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明主要利用無(wú)掩模光刻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有掩模光刻技術(shù)來(lái)制作所需微結(jié)構(gòu)流道。由于該技術(shù)不需要預(yù)制作耗時(shí)、耗資的物理掩模，因此具有靈活性高、成本低、重構(gòu)性好等優(yōu)點(diǎn)。此外，有別于傳統(tǒng)的正面光刻技術(shù)，本發(fā)明采用反面灰度光刻來(lái)制作新型的變高度微流道，克服了傳統(tǒng)微加工技術(shù)僅能加工二維平面流道結(jié)構(gòu)的局限。步驟3的無(wú)掩模反面灰度光刻中，由于數(shù)字微鏡陣列(DMD)投射區(qū)域的限制經(jīng)低倍物鏡的縮放后，單次曝光區(qū)域?yàn)楹撩准?jí)，使用高倍物鏡時(shí)，曝光區(qū)域更小。而微流控芯片的整體尺寸一般為厘米級(jí)。因此，大結(jié)構(gòu)流道的制作需借助拼接曝光技術(shù)。例如要制作圖2所示的大型十字流道結(jié)構(gòu)13，該十字流道的深度相等。則導(dǎo)入計(jì)算機(jī)的制作相應(yīng)微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模的圖片掩模中，與十字流道結(jié)構(gòu)13對(duì)應(yīng)的曝光區(qū)域的灰度值為255 ;其余區(qū)域?yàn)榉瞧毓鈪^(qū)域，灰度值為O。為曝光獲得該圖片掩模所對(duì)應(yīng)的微結(jié)構(gòu)模具，該圖片掩模被分為9個(gè)相同大小的曝光子區(qū)域22 30 :橫向、豎向各三個(gè)子區(qū)域。無(wú)掩模光刻系統(tǒng)首先投射曝光子區(qū)域22部分中的需曝光圖形(如整曝光子區(qū)域的灰度值均為0，即無(wú)需曝光圖形結(jié)構(gòu)，可直接跳入下一個(gè)曝光子區(qū)域)，待該區(qū)域曝光完畢后通過(guò)電動(dòng)平臺(tái)將曝光區(qū)域移至子區(qū)域23，依次類推直至完成第一排第三列子區(qū)域24的曝光后，電動(dòng)平臺(tái)將曝光區(qū)域移動(dòng)至第二行第三列的子區(qū)域25，待曝完該區(qū)域后，曝光區(qū)域沿著掩模水平方向左移。待完成第二行第一列子區(qū)域27的曝光后，微動(dòng)平臺(tái)沿掩模豎直方向下移至第三行第一列子區(qū)域28，然后沿著掩模水平右移直至完成第三行第三列子區(qū)域30的曝光。另外，由于電動(dòng)平臺(tái)的精度限制及紫外光投射區(qū)域邊界的光線衍射問(wèn)題，相臨微結(jié)構(gòu)的曝光需采用無(wú)縫拼接技術(shù)，無(wú)縫拼接技術(shù)通過(guò)相鄰子區(qū)域存在水平或豎直方向留有互相重疊的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)。重疊區(qū)域的像素尺寸應(yīng)小于等于子區(qū)域最小邊長(zhǎng)，大于0，并應(yīng)在保證微結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下盡量減少重合區(qū)域的大小過(guò)大的重合區(qū)域會(huì)嚴(yán)重降低光刻效率，不設(shè)置重合區(qū)域(即重合區(qū)域像素尺寸為0)，則會(huì)導(dǎo)致相鄰微結(jié)構(gòu)不銜接。重疊區(qū)域的微結(jié)構(gòu)高度形成的是由紫外光多次照射疊加而成，灰度掩模圖片在拼接區(qū)域的曝光劑量等于正常一次曝光劑量的1/n，其中，n為重疊區(qū)域的照射次數(shù)，也等于該重疊區(qū)域?qū)儆谧訁^(qū)域的數(shù)量。拼接區(qū)域過(guò)大會(huì)導(dǎo)致光刻效率嚴(yán)重降低，拼接區(qū)域過(guò)小會(huì)導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)銜接不良，考慮無(wú)掩模光刻系統(tǒng)中電動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度，實(shí)際操作中一般重合區(qū)域的最小邊長(zhǎng)為20個(gè)像素。具體值由平臺(tái)所用物鏡進(jìn)行決定，所用物鏡倍數(shù)大，單像素對(duì)應(yīng)的實(shí)際尺寸就小；所用物鏡倍數(shù)小，單像素對(duì)應(yīng)實(shí)際尺寸就相應(yīng)大點(diǎn)。具體拼接原理如圖3所示。掩模圖片左右方向相鄰子區(qū)域31和32，以及33和34分別存在水平方向的邊拼接區(qū)域36，同樣掩模圖片豎直方向相鄰子區(qū)域如31和34，以及32和33分別存在豎直方向的邊拼接區(qū)域35。另外，相鄰上下左右四塊曝光子區(qū)域31、32、33、34存在角拼接區(qū)域37。拼接區(qū)域的產(chǎn)生通過(guò)設(shè)置微動(dòng)平臺(tái)的水平或豎直移動(dòng)距離小于單一窗口大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，即對(duì)于拼接區(qū)域而言，經(jīng)多次照射曝光，最終使之產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)高度達(dá)到最終要求值，且每次照射曝光的劑量基本相等。例如邊拼接區(qū)域35、36的光膠層被曝光兩次，而角拼接區(qū)域37光膠層被曝光四次，為使兩相鄰微結(jié)構(gòu)之間無(wú)縫拼接，應(yīng)合理設(shè)置邊、角拼接區(qū)域35，36 ，37灰度值，即使得多次曝光產(chǎn)生的劑量與單次曝光產(chǎn)生的劑量基本相等。另外，產(chǎn)生變深度微流道的截面變化形式取決于變灰度掩模的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)改變圖片掩模中灰度分布和變化規(guī)律可實(shí)現(xiàn)不同形式變截面微流道的制作，本實(shí)施例中將列舉幾種常見(jiàn)的掩模設(shè)計(jì)實(shí)施例及其對(duì)應(yīng)微流道陽(yáng)模結(jié)構(gòu)形式。另外，由于微結(jié)構(gòu)的平面形狀(各種流道的形式)取決于具體的應(yīng)用，本實(shí)施例中僅對(duì)不同灰度布局對(duì)應(yīng)的微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模截面形式進(jìn)行闡釋說(shuō)明，而各種流道平面結(jié)構(gòu)上的變化均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。掩模圖片灰度值的大小，決定了流道的不同高度。灰度值大(靠近255)的地方產(chǎn)生的高度就相應(yīng)的高，灰度值低的地方(靠近0)產(chǎn)生的高度就低。制作微結(jié)構(gòu)高度與設(shè)計(jì)圖片掩?；叶戎抵g的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系將受到所用無(wú)掩模光刻系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)、曝光光源強(qiáng)度及波長(zhǎng)、所用光刻膠的類型和型號(hào)、旋涂膠層厚度及其他光刻工藝參數(shù)等的影響。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際硬件和工藝條件，根據(jù)本發(fā)明提出的方法，首先建立微結(jié)構(gòu)高度與不同圖片掩?；叶戎抵g的具體定量關(guān)系。依據(jù)該定量關(guān)系，后續(xù)同等硬件和工藝條件的制作就可實(shí)現(xiàn)特定微結(jié)構(gòu)高度所需圖片掩?；叶戎档木_給定。但若硬件和工藝條件發(fā)生變化，仍需依據(jù)本發(fā)明提出的方法重新建立上述定量關(guān)系。本發(fā)明提出一種新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)微流道變高度的功能，而傳統(tǒng)技術(shù)都采用等曝光功率密度分布的方法，制作的截面形式為等高度。如要制作100微米高的微結(jié)構(gòu)，如果不變高度，只要旋涂100微米的膠層，直接以等曝光功率密度分布的方法進(jìn)行曝光就可做出，SP有掩模光刻中只有曝光區(qū)域和非曝光區(qū)域的分別，沒(méi)有曝光功率密度的變化；而本發(fā)明的無(wú)掩模光刻中則均采用255的灰度值直接進(jìn)行正面照射。實(shí)施例一連續(xù)漸變高度微結(jié)構(gòu)
圖4所示，漸變灰度掩模14中灰度值沿著微結(jié)構(gòu)流道方向逐漸降低(或升高)，本實(shí)施例中漸變灰度掩模14中灰度值沿著水平向右方向逐漸降低，靠近左邊區(qū)域灰度值接近255，而越靠近右邊區(qū)域灰度值越接近0，兩端的灰度值可以選擇為任意值，當(dāng)兩端的灰度值相等時(shí)，該圖片掩模轉(zhuǎn)變?yōu)榈然叶戎笛谀?。本?shí)施例中由于圖片掩模左邊區(qū)域灰度值大(接近255，純白色)，通過(guò)反面灰度光刻技術(shù)，制作的對(duì)應(yīng)漸變高度微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模15中，左邊部分由于紫外光照射劑量大而微結(jié)構(gòu)高度大。通過(guò)控制兩端的灰度值及其變化率可實(shí)現(xiàn)不同初始高度及高度變化率的漸變高度微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模15快速、低成本制作。其余同現(xiàn)有技術(shù)。實(shí)施例二 周期性漸變高度微結(jié)構(gòu)圖5所示，周期性漸變灰度掩模16中由若干個(gè)(大于等于2個(gè))連續(xù)漸變灰度掩模子區(qū)域構(gòu)成，每個(gè)漸變灰度掩模子區(qū)域中灰度值的分布及變化規(guī)律與上述實(shí)施例一相同。同樣獲得的微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模截面形式與實(shí)施例一中相比也呈現(xiàn)周期性變化，為周期性漸變高度微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模17。其余同現(xiàn)有技術(shù)。實(shí)施例三、四對(duì)稱分布漸變高度微結(jié)構(gòu)
圖6和圖7所示，對(duì)稱分布漸變灰度掩模18、20中由偶數(shù)個(gè)連續(xù)漸變灰度掩模子區(qū)域構(gòu)成，每個(gè)漸變灰度掩模子區(qū)域中灰度值的分布及變化規(guī)律與上述實(shí)施例一相同。但與上述實(shí)施例二不同之處在于本實(shí)施例中掩模子區(qū)域個(gè)數(shù)為偶數(shù)，且以中心線為對(duì)稱軸呈左右對(duì)稱分布。圖6中兩塊掩模子區(qū)域灰度值小的一端靠中心線，因此制作結(jié)果為中心下凹狀變高度微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模19。圖7中兩塊掩模子區(qū)域灰度值大的一端靠近中心，因此制作結(jié)果為中心上凸?fàn)钭兏叨任⒔Y(jié)構(gòu)陽(yáng)模21。其余同現(xiàn)有技術(shù)。以上所述僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后， 本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于無(wú)掩模灰度光刻的變高度微流道制作方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)清洗、涂膠在清洗過(guò)的透明材料制成的基片上旋涂負(fù)光刻膠層； (2)前烘將旋涂好負(fù)光刻膠層的基片前烘； (3)無(wú)掩模反面灰度光刻將前烘后的基片上負(fù)光刻膠層朝下進(jìn)行無(wú)掩模反面灰度光刻將灰度圖片掩模導(dǎo)入無(wú)掩模光刻系統(tǒng)來(lái)控制投射至膠層的微縮光圖形的生成和光強(qiáng)分布，即紫外曝光波段以微縮光圖形的方式照射負(fù)光刻膠層，使負(fù)光刻膠層產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)固化；其中，灰度值大的區(qū)域投射的紫外光功率密度強(qiáng)，紫外光曝光波段照射覆蓋區(qū)域的負(fù)光刻膠固化所形成的微結(jié)構(gòu)高度較高；灰度值小的區(qū)域投射的光功率密度弱，紫外光曝光波段照射覆蓋區(qū)域的負(fù)光刻膠固化所形成的微結(jié)構(gòu)高度較低；經(jīng)過(guò)紫外光曝光波段照射，負(fù)光刻膠形成與掩模圖片的灰度值相對(duì)應(yīng)的顯模； (4)曝后烘將顯模進(jìn)行曝后烘； (5)顯影將經(jīng)曝后烘的顯模浸入到顯影液中，去除未被固化的負(fù)光刻膠，從而獲得帶有變高度微結(jié)構(gòu)的陽(yáng)模； (6)硬烘將得到的陽(yáng)模硬烘； (7)倒模借助模塑法制作與陽(yáng)?；パa(bǔ)的帶有變高度微結(jié)構(gòu)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無(wú)掩?；叶裙饪痰淖兏叨任⒘鞯乐谱鞣椒?，其特征在于，步驟(I)中，所述的透明材料為透明玻璃圓晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無(wú)掩模灰度光刻的變高度微流道制作方法，其特征在于，步驟(3)中，當(dāng)制作大結(jié)構(gòu)流道時(shí)，采用如下拼接曝光技術(shù)灰度掩模圖片導(dǎo)入后，被自動(dòng)分為NXM個(gè)子區(qū)域，N、M為自然數(shù)，N、M分別表示橫向、豎向子區(qū)域的數(shù)量，單個(gè)子區(qū)域的面積與單次曝光區(qū)域相等；并依次根據(jù)各個(gè)子區(qū)域內(nèi)的圖形和灰度值分布對(duì)負(fù)光刻膠層進(jìn)行紫外曝光，進(jìn)而形成整個(gè)大結(jié)構(gòu)流道的顯模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無(wú)掩?；叶裙饪痰淖兏叨任⒘鞯乐谱鞣椒ǎ涮卣髟谟谕ㄟ^(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)子區(qū)域的無(wú)縫拼接相鄰子區(qū)域存在水平或豎直方向留有互相重疊的區(qū)域，重疊區(qū)域微結(jié)構(gòu)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(qū)域的曝光劑量等于正常曝光劑量的1/n，其中，n為重疊區(qū)域的照射次數(shù)；n次照射的曝光強(qiáng)度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無(wú)掩?；叶裙饪痰淖兏叨任⒘鞯乐谱鞣椒?，其特征在于，重疊區(qū)域的最小邊長(zhǎng)為20像素。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無(wú)掩?；叶裙饪痰淖兏叨任⒘鞯乐谱鞣椒ǎ涮卣髟谟?，步驟(7)中，所述的變高度微結(jié)構(gòu)的聚合物基片采用聚二甲基硅氧烷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)掩模灰度光刻的變高度微流道制作方法，通過(guò)識(shí)別灰度圖片掩模信息，投射曝光波段經(jīng)過(guò)數(shù)字式微鏡陣列調(diào)制后，形成微縮光圖形，經(jīng)成像系統(tǒng)的傳輸、校準(zhǔn)及縮放后透過(guò)透明基片投射至膠層表面，誘導(dǎo)膠層內(nèi)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，負(fù)光刻膠交聯(lián)固化后不溶于顯影液；灰度值不同對(duì)應(yīng)的投射光功率密度不同，負(fù)光刻膠固化深度不同；通過(guò)控制圖片掩模的灰度值在微結(jié)構(gòu)圖形中的分布和變化規(guī)律，可制作相應(yīng)的變高度微結(jié)構(gòu)陽(yáng)模，并最終實(shí)現(xiàn)各種形狀變深度微流道的制作。本發(fā)明制作成本低，加工周期短，流道截面形式多樣，無(wú)需復(fù)雜的多次定位光刻技術(shù)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102674241SQ20121017516
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者倪中華, 孫東科, 易紅, 陳科, 項(xiàng)楠 申請(qǐng)人:東南大學(xué)