光刻工藝

光刻是用光刻膠、掩模和紫外光進(jìn)行微制造 ,工藝如下 :

(a)仔細(xì)地將基片洗凈;

(b)在干凈的基片表面鍍上一層阻擋層 ,例如鉻、二氧化硅、氮化硅等;

(c) 再用甩膠機(jī)在阻擋層上均勻地甩上一層幾百 A厚的光敏材料——光刻膠。光刻膠的實(shí)際厚度與它的粘度有關(guān) ,并與甩膠機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的平方根成反比;

(d) 在光掩模上制備所需的通道圖案。將光掩模復(fù)蓋在基片上,用紫外光照射涂有光刻膠的基片,光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng);

(e)用光刻膠配套顯影液通過顯影的化學(xué)方法除去經(jīng)曝光的光刻膠。這樣，可用制版的方法將底片上的二維幾何圖形精確地復(fù)制到光刻膠層上；

(f) 烘干后 ,利用未曝光的光刻膠的保護(hù)作用 ,采用化學(xué)腐蝕的方法在阻擋層上精確腐蝕出底片上平面二維圖形。

掩模制備

用光刻的方法加工微流控芯片時(shí) ,必須首先制造光刻掩模。對(duì)掩模有如下要求：

a.掩模的圖形區(qū)和非圖形區(qū)對(duì)光線的吸收或透射的反差要盡量大;

b.掩模的缺陷如針孔、斷條、橋連、臟點(diǎn)和線條的凹凸等要盡量少;

c.掩模的圖形精度要高。

通常用于大規(guī)模集成電路的光刻掩模材料有涂有光膠的鍍鉻玻璃板或石英板。用計(jì)算機(jī)制圖系統(tǒng)將掩模圖形轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)文件，再通過專用接口電路控制圖形發(fā)生器中的爆光光源、可變光闌、工作臺(tái)和鏡頭，在掩模材料上刻出所需的圖形。但由于設(shè)備昂貴，國內(nèi)一般科研單位需通過外協(xié)解決，延遲了研究周期。

由于微流控芯片的分辨率遠(yuǎn)低于大規(guī)模集成電路的要求，近來有報(bào)道使用簡(jiǎn)單的方法和設(shè)備制備掩模，用微機(jī)通過CAD軟件將設(shè)計(jì)微通道的結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)化為圖象文件后，用高分辨率的打印機(jī)將圖象打印到透明薄膜上，此透明薄膜可作為光刻用的掩模，基本能滿足微流控分析芯片對(duì)掩模的要求。

濕法刻蝕

在光刻過的基片上可通過濕刻和干刻等方法將阻擋層上的平面二維圖形加工成具有一定深度的立體結(jié)構(gòu)。近年來，使用濕法刻蝕微細(xì)加工的報(bào)道較多，適用于硅、玻璃和石英等可被化學(xué)試劑腐蝕的基片。已廣泛地用于電泳和色譜分離。

濕法刻蝕的程序?yàn)?/span> :

(a) 利用阻擋層的保護(hù)作用，使用適當(dāng)?shù)奈g刻劑在基片上刻蝕所需的通道 ;

(b) 刻蝕結(jié)束后 ,除去光膠和阻擋層，即可在基片上得到所需構(gòu)型的微通道；

(c)在基片的適當(dāng)位置(一般為微通道的端頭處)打孔，作為試劑、試樣及緩沖液蓄池。刻有微通道的基片和相同材質(zhì)的蓋片清洗后，在適當(dāng)?shù)臈l件下鍵合在一起就得到微流控分析芯片。

玻璃和石英濕法刻蝕時(shí)，只有含氫氟酸的蝕刻劑可用，如HF/HNO3，HF/ NH4。由于刻蝕發(fā)生在暴露的玻璃表面上，因此，通道刻的越深，通道二壁的不平行度越大 ,導(dǎo)至通道上寬下窄。這一現(xiàn)象限制了用濕法在玻璃上刻蝕高深寬比的通道。

等離子體刻蝕

等離子體刻蝕是一種以化學(xué)反應(yīng)為主的干法刻蝕工藝，刻蝕氣體分子在高頻電場(chǎng)作用下，產(chǎn)生等離子體。等離子體中的游離基化學(xué)性質(zhì)十分活潑，利用它和被刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到刻蝕微流控芯片的目的。

等離子體刻蝕已應(yīng)用于玻璃、石英和硅材料上加工微流控芯片 , 如石英毛細(xì)管電泳和色譜微芯片。先在石英基片上涂上一層正光膠 (爆光后脫落的光膠)，低溫烘干后，放置好掩模，用紫外光照射后顯影，在光膠上會(huì)產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的圖象。然后用活性CHF3等離子體刻蝕石英基片 ,基片上無光膠處會(huì)產(chǎn)生一定的深度通道或微結(jié)構(gòu)。這樣可產(chǎn)生高深寬比的微結(jié)構(gòu)。近來，也有將等離子體刻蝕用于加工聚合物上的微通道的報(bào)道。