1.1 硅、玻璃和石英微流控芯片的制作
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微流控芯片要在所選用的材料基板上構建出 微米級通道 和 其他組件,內壁光滑度要求很高,需要采用特定的微細加工技術。微細加工技術是將圖形高精度轉移到芯片上的技術,主要包括 光刻(lithography) 和 蝕刻(etching) 等,已廣泛應用于半導體和集成電路制作中。
玻璃等芯片微細加工技術的基本過程包括:
(1). 涂膠
(2). 曝光
(3). 顯影
(4). 腐蝕
(5). 去膠
環境和步驟對芯片的質量產生直接影響,操作須嚴格按照工藝要求進行,使刻出來的圖像重疊精度高,清晰,沒有鉆蝕、毛刺、針孔和小島等缺陷。
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光刻的一般步驟( 8 步 ):
光刻一般步驟光刻 是利用 光成像 和 光敏膠 在微流控芯片的基片如硅、玻璃、石英等材料上圖形化的過程;
光刻技術一般由以下工藝過程構成? ??????:
(1).? 基片清洗
? ? ? ? 通過脫脂、拋光、酸洗、水洗的方法使硅、石英或玻璃等基片被加工表面得以凈化,再將其干燥,以利于光刻膠與基片表面有良好的粘附。
(2).? 涂膠
? ? ? ? 涂膠是在經過處理的基片表面均勻涂上一層粘性好、厚度適當的光刻膠。
? ? ? ? 最常用的涂膠方法是旋轉涂敷法,它是在涂膠機上進行的,這種方法所得到的膠膜較好。此外,涂膠方法還有刷涂法、浸漬法、噴涂法等。
(3).? 前烘
? ? ? ?前烘是在一定的溫度下,使光刻膠液中溶劑揮發。它能增強光刻膠與基片黏附以及膠膜的耐磨性,以便于承受在曝光過程中膠膜與掩膜之間的摩擦,增加膠膜耐顯影液浸泡的能力,保證在曝光時能進行充分的光化學反應。
? ? ? ?前烘通常在電熱恒溫箱內或熱空氣中進行,也可采用紅外熱源,但應注意避免膠膜見光。
(4).? 曝光
? ? ? ?曝光時將掩膜置于光源與光刻膠之間,用紫外光等透過掩膜對光刻膠進行選擇性照射,在受光照到的地方,光刻膠發生
化學反應,從而改變感光部位膠的性質。
? ? ? ? 曝光是光刻中的關鍵工序。光刻膠對波長范圍 300-500 nm 的光敏感。最常用的光源是汞燈。
? ? ? ? 曝光主要有以下幾種方式:
? ? ? ? (1). 光學曝光
? ? ? ? (2). 接觸式和接近式復印曝光
? ? ? ? (3). 光學投影成像曝光 .
曝光示意圖(5).? 顯影及檢查
? ? ? ??顯影是把曝光過的基片用顯影液除去應去掉的部分光刻膠,以獲得與掩膜相同(正光刻膠) 或 相反(負光刻膠) 的圖形。
? ? ? ? 顯影時間視操作條件而異,一般以 1~3 min 為宜。
顯影示意圖(6).? 堅膜
? ? ? ?堅膜是將顯影后的基片進行清洗后在一定溫度下烘烤,以徹底除去顯影后殘留于膠膜中的溶劑或水分,使膠膜與基片緊密粘附,防止膠層脫落,并增強膠膜本身的抗蝕能力。
? ? ? ?一般堅膜溫度在 150-200 C 之間,時間為 20-45 min
(7).? 腐蝕
? ? ? ?腐蝕是以堅膜后的光刻膠作為掩蔽層,通過化學或物理方法將被刻蝕物質剝離下來,以得到期望圖形的刻蝕方法。
? ? ? ?根據腐蝕劑的狀態不同,可將腐蝕工藝分為濕法腐蝕和干法腐蝕兩大類;由于干法腐蝕設備價格昂貴,所以目前干法腐蝕較少用于微流控芯片的制造。
(8). 去膠
? ? ? ?腐蝕結束后,光刻膠就完成了它的使命,因此需要設法把這層無用的膠膜去掉,這一工序稱為去膠。
? ? ? ?去膠主要有下列幾種方法:
? ? ? ?(1). 溶劑去膠
? ? ? ?(2). 氧化去膠
? ? ? ?(3). 等離子去膠
? ? ? ?(4). 紫外線分解去膠法
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經過上述步驟,就可以得到刻有微通道的微流控基片。
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參考文獻:
【1】?微流控芯片實驗室-林秉承
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(1). 基于液滴技術的單細胞微流控PCR技術
(2). 基于微泵微閥技術相關的單細胞微流控PCR
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總結
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