《微流控芯片的制作(借鉴材料)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微流控芯片的制作(借鉴材料)(9页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、PDMS玻璃杂合芯片快速制作方法详解(初稿)前言本文以实战制作高度1580m的通道为例,详细介绍的PDMS玻璃杂合芯片的快速制作方法。注意:进入芯片加工间需穿实验服,进行芯片制作时需带上无粉乳胶手套。目录一、快速制作SU-8阳模步骤:1. 硅片清洗2基片加热除湿3倒胶匀胶4SU-8基片前烘5SU-8基片曝光6SU-8基片后烘7显影8坚模二、制作PDMS玻璃杂合芯片步骤1制备PDMS预聚体2除去PDMS预聚体中的气泡3倒胶及PDMS预聚体固化4揭模,切边,打孔5键合6粘蓄液池(可选)三、PDMS玻璃杂合芯片制作中其他相关细节详解一、快速制作SU-8阳模步骤:一、硅片清洗1丙酮清洗目的:去除或软化
2、硅片表面有机物操作:带上一次性PE手套。硅片用玻璃棒隔开,将丙酮倒入烧杯,液面高于硅片顶端所在平面2cm左右,然后放入超声机,超声40分钟左右(对于旧硅片,可以升温超声,时间也可适当延长);丙酮清洗后,将丙酮小心倒入装丙酮的空瓶,标明“回收”。2、浓硫酸清洗目的:去除硅片表面的无机物和有机物操作:带上乳胶手套,再带上一次性EP手套,穿实验服。丙酮清洗过的硅片,先用自来水多涮洗几次,较彻底地去除残余丙酮,避免硫酸和丙酮反应;然后将双氧水倒入烧杯至目标体积的1/4。然后将烧杯移至合成间的通风厨,小心缓慢将浓硫酸倒入烧杯至目标体积,之后在烧杯上盖上一个玻璃培养皿以减少酸雾的挥发。3个小时后,浓硫酸与
3、双氧水反应基本结束,将烧杯移至超声机(注意作上浓硫酸的标记以避免别人误伤)超声30min左右,即可将浓硫酸回收。硫酸回收,一定要倒入装硫酸的瓶子,若没有,可用装过乙醇或丙酮的瓶子,但一定要多用自来水多清洗几次,以避免硫酸与之反应,发生安全事故。将硫酸倒出时,注意倾倒角度,避免烧杯内的硅片和玻璃棒滑落。(此步相对较危险,一定要注意安全。)3去离子水清洗(18.2)目的:清除浓硫酸和硅片表面一些残余小颗粒操作:带上一次性PE手套。 将倒出硫酸后的硅片,先用去离子水清洗两遍,再用去离子水超声5遍,每遍20min。 二基片加热除湿(1)目的:基片加热除湿有利于增加基片和SU-8阳模之间的粘附力(2)仪
4、器工具:热平板:加温氮气枪:吹去基片表面水份和灰尘镊子:夹持基片玻璃培养皿(3)步骤描述:从烧杯中取出硅片,用氮气枪吹干表面,然后放在热平板上加热除湿。此步使用程序一,即150加热1h后降至常温。此步估计为2小时完成。程序Step1:目标温度150。Step2: 目标温度28,降温速度450/h。安全注意:热平板温度较高,不要将手碰到热平板以免将手烫伤2倒胶匀胶(1)目的:在基片上铺上一层目标厚度的SU-8胶(2)仪器工具:KW型匀胶机:匀胶SU-8胶瓶滴管:用于停止胶的流出氮气枪:吹去基片表面灰尘镊子:夹持基片(3)步骤描述:当基片冷却后,取SU-8胶瓶向基片中心倒胶12 ml,用滴管止倒。
5、将SU-8胶瓶盖好后收入柜子中。将带有SU-8的基片放到匀胶机的载物台上,让胶的中心位于载物台圆的中心,静置3min左右,让胶先自然辅开,。打开电源开关,按“控制”键,打开真空泵开关,然后按“吸片”键和“启动”键。匀胶分为初匀和终匀,初匀的作用是将胶铺到整块基片上,终匀的作用是获取铺有目标厚度SU-8。初匀的速度和时间由“档转速”和“速匀胶时间”控制,终匀的速度和时间由“档转速”和“速匀胶时间”控制。通常情况下,初匀两次即可将胶铺满整块基片,终匀的时间为60 s。程序可以如下设置:Step1:档转速:600 rpm速匀胶时间:18 s档转速:2100 rpm速匀胶时间:0 sStep2:档转速
6、:800 rpm速匀胶时间:18 s档转速:2100 rpm速匀胶时间:60 s(此转速大概对应30um厚度的阳模)匀胶结束后,先后按上“吸片”和“控制”键,然后关闭真空泵开关和匀胶机开关。将基片从载物台上取下。三SU-8基片前烘(注意区分胶是哪一种,时间温度不一样)(1)目的:除去SU-8中的溶剂(2)仪器工具:热平板:加温镊子玻璃培养皿(3)步骤匀胶结束后,如果热平板温度已经降至30或以下,将SU-8基片放到热平板上启动程序开始前烘。如果热平板温度还没有降至30,则须等温度降低后再放上热平板前烘。使用程序二。热平板温度设置如下程序:程序Step1: 目标温度28,升温速度120/h,保持时
7、间1h;Step2:目标温度65,升温速度120/h,保持时间15min;Step3:目标温度95,升温速度120/h,保持时间2h;Step4: 目标温度28,降温速度120/h,保持时间1min。从启动前烘程序到前烘结束用,所用时间约为4.5h。(4)提前准备步骤:在前烘期间打开光刻机电源开关,打开光刻机汞灯开关,进行预热。一般汞灯打开10min以后,汞灯光谱达到稳定才可以曝光。将要光刻的掩模取出,用氮气枪轻轻吹掉掩模表面的灰尘。将光刻机掩模架上的方块石英玻璃取下,用擦镜纸的光面轻擦其表面的不干净处,擦干净后,用氮气枪吹到石英玻璃表面的纤维和灰尘。将掩模的打印面朝下置于光刻机掩模架上,掩模
8、架上有三个圆柱点用于掩模定位。然后将石英玻璃块放到掩模上,同样用上面的圆柱点定位将掩模压平。将橡胶圈垫片放到石英玻璃块上,按上两边的固定架,将整个石英玻璃块压紧,并且固定牢固。调整光刻机载物台,使其处于水平:水平移动载物台,使其中心对光刻机掩模架的右边沿,调升载物台,使载物台和光刻机掩模架紧密接触。水平移动载物台,使其右半圆对光刻机掩模架的右边沿,调升载物台使载物台和光刻机掩模架紧密接触。反复几次即可调平载物台。设定曝光时间:曝光时间控制器“m”后面数字表示“分”,“s”后面表示“秒”每个数位下面的两个按钮用于增加或者减少每一位的时间。设定曝光时间为60s后,按复位键确定已经修改的时间。四SU
9、-8基片曝光(掩膜图形正面朝下)(1)目的:将掩模图形转移到基片上的SU-8薄层中去。(2)仪器工具:光刻机:曝光2XZ型系列直联旋片式真空泵:连在光刻机的气体通路上,用于吸基片和掩模。掩模氮气枪(3)步骤:打开光刻机汞灯开关,进行预热。一般汞灯打开10分钟以后,汞灯灯光达到稳定才可曝光。将要光刻的掩模取出,用氮气枪轻轻吹掉掩模表面的灰尘。将光刻机掩模架上的方块石英玻璃取下,用擦镜纸的光面轻擦其表面的不干净处,擦干净后,用氮气枪吹到石英玻璃表面的纤维和灰尘。然后将石英玻璃块放到掩模上,同样用上面的圆柱点定位将掩模压平。将橡胶圈垫片放到石英玻璃块上,按上两边的固定架,将整个石英玻璃块压紧,并且固
10、定牢固。按上掩膜开关的按钮让其变亮。设定曝光时间:曝光时间控制器“m”表示“分”,此时它后面的数据表示秒,即X分XX秒;“s”表示“秒”,即X秒。每个数位下面的两个按钮用于增加或者减少每一位的时间。设定曝光时间为70s后,按复位键确定已经修改的时间。将光刻机载物台移至目标位置,使左下角的小灯变亮;将放置硅片的托盘移降至最低;打开光刻机卤素灯,在载物台上出现绿色光点,然后将掩膜板推至托盘上方,调节光刻机的焦距使目镜视野中出现清晰的图形,将掩膜中心调至视野中心,然后将掩膜移至托盘上方的右边。待SU-8基片冷却后,将基片放到光刻机载物台上。调整基片在载物台上的位置,使基片和掩模图形对准。将真空泵气体
11、通路调整到光刻机一路,打开真空泵,按下吸片。将掩模架移回载物台上,锁上掩模架开关。左手扶住载物台,右手调整载物台使载物台上升至和掩模紧密接触,再将载物台下方的小旋钮的“0”刻度顺时针旋至“3”,使掩膜与硅片贴合的更加紧密。按下“真空曝光”按钮,实验者迅速走开,以躲避紫外光对眼睛和皮肤的伤害。听到“咔嚓”声音后,表明曝光完毕。降低载物台,打开掩模架开关,移开掩膜架,按“吸片”按钮,关闭真空泵,取下玻片,准备后烘。取下掩模收藏好,待下次使用。关闭汞灯开关,待10min之后关闭光刻机开关。安全:光刻机曝光使用的是紫外A段,对人的眼睛和皮肤有一定伤害,不要直视曝光。曝光时,最好走到入口处背对曝光位置。
12、五SU-8基片后烘(1)目的:促进SU-8曝光处的交联反应(2)仪器工具:热平板:加热镊子(3)步骤:曝光结束后,将SU-8基片放到热平板上启动程序开始前烘。程序:step1:目标温度65,升温速度120/h,保持时间15minstep2:目标温度95,升温速度120/h,保持时间40min。step3:目标温度30,降温速度120/h,保持时间1min。从后烘开始到后烘完成用时约为100分钟现象解释:a. 后烘过程中热平板升至95后1min内图形即会显现出来。如果图形没有显现出来说明曝光不足,应该延长曝光时间。b. 热平板加温过程中,达到目标温度进入保持温度阶段时,温度超过目标温度属于正常现
13、象,这是由于加温速度过快导致,对后烘没有影响,不用处理。六显影(1)目的:洗掉基片上没有曝光的SU-8,让图形完全显现出来(2)仪器工具:通风橱滴管两个玻璃培养皿镊子滤纸废液缸PGMEA 最强 二丙醇 最弱异丙醇 终止反应(3)步骤:后烘完毕后将基片取下。在一个玻璃培养皿内倒入4mm高左右的PGMEA用于泡硅片,在另一个玻璃培养皿内倒入4mm高左右的PGMEA(高度根据硅片上的图形决定,如果图形比较靠近硅片的边沿,则此高度需要小些)用于“滚车轮”,;左手拿硅片竖立在后面的玻璃培养皿内,右手旋转硅片,让硅片边沿的胶泡在PGMEA中,这一步用来去除硅片边沿较厚的SU8胶,称之为“滚车轮”。然后将硅
14、片放至第一个玻璃皿内浸泡,有胶的面朝上,轻轻摇晃玻璃皿,使PGMEA充分浸泡SU8胶,观察图形,待泡至图形若影若现时,即用镊子夹起硅片,用PGMEA冲洗残余的SU8至“流沙”消失,此时马上用异丙醇冲洗残余的PGMEA,此时如果有白色出现说明该处显影没有完成,应继续显影,直至白色消失。然后在硅片背面放至一张滤纸以吸走多余的显影液,用氮气枪轻轻吹干表面的液体(一定要小心轻轻吹,避免吹动阳模甚至将硅片吹至地上),准备后烘。安全:PGMEA对人体具有毒性,显影应该在通风橱中完成,且显影完后应尽快将废液拿到分生,稀释后小心倒至水槽,且同时打开水龙头冲洗。实验完毕,物品归位,清洗器皿七坚模(1)目的:增加
15、SU-8阳模和玻璃基片之间的粘附力(2)仪器工具:热平板(3)步骤:显影结束后,将SU-8阳模放到热平板上启动程序开始坚模。程序:step1:目标温度135,升温速度120/h,保持时间2h。step2:目标温度30,降温速度120/h,保持时间1min。当SU-8阳模温度降到室温后,将其收藏到培养皿中以便制作PDMS芯片使用。此过程需要3h左右。二、制作PDMS玻璃杂合芯片步骤1制备PDMS预聚体(1)目的:将PDMS单体和PDMS固化剂混合成为PDMS预聚体(2)仪器工具:电子天平剪刀一次性塑料杯滴管 2个PDMS单体PDMS固化剂(3)步骤:将一次性塑料杯放到电子天平上,打开电子天平,清零,小心从PDMS单体瓶中倒入PDMS至杯中,接近目标量时,应提前将瓶口抬高,减慢倾倒速度,最后小心倒入直至目标量。记下天平显