一种使用光刻和可粘附地粘结材料制作三维结构的方法技术

公开了一种使用光刻和可粘附地粘结材料制作三维结构的方法。硫醇‑烯‑环氧化物(OSTE(+))材料在部分照射时以一种图案进行第一反应成为部分交联聚合网状物。非交联部分溶解于一种溶剂中并被除去。添加一种引发剂以活化交联聚合网状物，使其变得有粘性然后能够共价结合到另一个物体上以形成制品。这个方法能够以一种简单的方式制造具有复杂三维形状的制品。

A method for fabricating three-dimensional structures using photolithography and adhesively bonded materials

A method for fabricating three-dimensional structures using photolithography and adhesively bonded materials is disclosed. Mercaptan-olefin-epoxide (OSTE (+)) materials react with a pattern to form a partially crosslinked polymer network during partial irradiation. The uncrosslinked portion is dissolved in a solvent and removed. An initiator is added to activate the cross-linking polymer network to make it sticky and then covalently bond to another object to form a product. This method can produce products with complex three-dimensional shapes in a simple way.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种使用光刻和可粘附地粘结材料制作三维结构的方法
本专利技术通常涉及一种制造制品的方法，该方法涉及首先固化材料的选定部分、溶解未固化材料以及进一步的化学反应以将材料粘结到另一个物体上以产生物品。
技术介绍
光刻法在电子、医疗装置和含有生物试剂(诸如蛋白质)的微型装置的制造领域中非常普遍。光刻法能以二维形式制造任何图案。在现有技术水平下，第三维的选择仅仅是所施加的聚合物层的厚度。如果要获得真正的三维结构，那么必须使用粘合剂将光刻图案与另一种结构组装在一起。这对于最简单的情况(其中连接平盖以密封图案)也是如此。这存在一种明显的风险，即此类图案的精细结构会通过施加外部粘合剂而被填充并因此被破坏。目前用于光致抗蚀剂结构的其它现有粘结技术都涉及高于100℃温度的过程。生物材料的最高允许温度为42℃。这限制了通过光刻图案制作的在微观结构中需要应用生物试剂的三维结构的发展。为了保护生物试剂，必须使用利用外部粘合剂的溶液。此类方法不可用于微尺寸结构。因此，芯片必须要比其它的芯片大，并且必须对每个单独的芯片执行封装操作。WO2012/042059公开一种用于制造硫醇-烯聚合物制品的方法，该方法包括以下步骤：a)使包含至少两个硫醇基的化合物和包含至少两个碳-碳双键的化合物以非化学计量比进行反应以获得第一中间制品，其中所述第一中间制品包含选自未反应的硫醇基和未反应的碳-碳双键中的至少一个未反应基团，和b)使所述第一中间制品与第二制品接触，其中所述第二制品的表面至少部分地包含反应性基团和使所述第一中间制品上的所述未反应基团中的至少一部分与所述第二制品上的化学基团反应，以获得共价键并形成最终制品。WO2013/167576公开一种与用于材料的聚合物涂层体系一起使用的底漆涂层，其中底漆在第一固化过程完成后保持一段时间的反应性。VASTESSON,A等人在通过直接光刻和无粘合剂粘结非化学计量硫醇-烯-环氧化物(OSTE+)聚合物来制造鲁棒微型装置(Robustmicrodevicemanufacturingbydirectlithographyandadhesive-freebondingofoff-stochiometrythiol-ene-epoxy(OSTE+)polymer)，2013年传感器和第27届欧洲传感器会议：第17届固态传感器、执行器和微系统国际会议(2013Transducers&EurosensorsXXVII:The17thInternationalConferenceonSolid-StateSensors,Actuators&Microsystems)，2013，第408-411页中公开基于硫醇-烯-环氧化物的材料的图案化，以制造可以连接到一个基板的不同层。材料以两个步骤连接，包括UV步骤。在化学反应引发时的UV固化/活化是一种缺点，因为敏感分子可以被UV辐射损坏。此类分子的示例包括生物分子(诸如蛋白质、DNA以及整个细胞和细胞的部分)。材料ID1是液体直到其固化。US2011030874公开一种粘结两个基板的方法，其中两个基板的表面都覆盖有环氧树脂。该方法可用于温度敏感分子。该方法包括加热至20-50℃的高温。基于OSTE的现有技术有两个主要问题。液体光致抗蚀剂不可以用于接触光刻，因为UV固化的抗蚀剂将粘附到掩模上，结果破坏抗蚀膜和掩模。因为接近过程更复杂并且分辨率更低，所以接触光刻通常优选优于接近光刻。在溶剂蒸发后为固体但具有WO2012/042059中所述的材料的基本双固化特性的抗蚀剂将能接触光刻和低温粘结。另一个问题是在光刻显影过程期间第二固化树脂的提取。用于溶解图案的未固化部分的溶剂也可以提取旨在用于第二固化步骤的迄今未固化的树脂，在粘结步骤中有粘合性差的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是消除现有技术中的至少一些缺点，并提供制造制品的改进方法，在该改进方法中连接两个或更多个物体以形成制品。在本专利技术中，通过使用在室温下为固体的树脂，使整个配制物在曝光步骤之前为固体来实现该目的和其它目的。通过部分改性第二固化树脂，使其具有与第一阶段固化树脂反应的能力也解决了该目的和其它目的。这样该树脂在UV曝光后将化学键合到第一阶段固化网状物上，并且在显影过程期间将不会有被提取的风险。仍然存在在粘结步骤期间可以为活性的第二阶段固化基团。本专利技术克服现有技术的问题，本专利技术允许接触光刻用于生产微观结构并且在42℃的温度极限以下粘结用于封装含有生物试剂或其它温度敏感材料的非常精细的微观结构。有利的是，在整个过程期间温度可以保持在42℃以下以保护敏感材料。当不存在温度敏感分子时，该过程其它部分的温度可以更高，例如当蒸发溶剂时等。当存在温度敏感分子时，这可以在较低温度下执行。这些组合特征使得可以以晶片规模制造生物芯片。在那时不是制造一个芯片，而是可以制备数百个芯片，用试剂点样并封装在一个硅树脂或玻璃晶片上，然后将该晶片切成功能完全的芯片。与当今的技术相比，通过这种方法可以以低很多的成本制造出真正的微尺寸芯片。在第一方面，提供一种用于制造制品的方法，该方法包括以下步骤：a)提供一种在室温下为固体的材料(102)，其中所述材料(102)可溶于一种有机溶剂(107)，其中材料(102)包含选自以下组成的组中的至少一种：i)具有不饱和碳-碳键的环氧树脂和ii)环氧树脂分子量超过400，优选超过600，其中材料(102)包含至少包含两个硫醇基的单体、至少包含两个碳-碳不饱和键的单体，和第一引发剂，当材料(102)在第一活化步骤中曝光于光化辐射时，第一引发剂能够引发化学反应以形成交联聚合网状物(106)，并且其中当材料(102)在第一活化步骤中曝光于光化辐射时，所述材料(102)可以进行化学反应以形成交联聚合网状物(106)，b)至少部分地将所述材料(102)曝光于光化辐射(104)以适于在第一活化步骤中引发反应以形成交联聚合网状物(106)，其中所述曝光以一种图案进行，其中交联聚合网状物(106)不溶于有机溶剂(107)，c)将非交联材料溶解于一种有机溶剂(107)中，以便保留交联聚合网状物(106)，d)在第二活化步骤中使交联聚合网状物(106)与第二引发剂接触以引发进一步的反应产生进一步的交联和粘合特性来获得一种活化的交联聚合网状物，e)使活化的交联聚合网状物与另一个物体(108)接触，使其粘结形成制品。在一个实施例中，材料102包含一种聚合物。在一个实施例中，材料包含至少包含两个硫醇基的单体、至少包含两个碳-碳不饱和键的单体，和能够在光化光照射下模拟聚合反应的第一引发剂。当材料(102)在第一活化步骤中曝光于光化辐射时，第一引发剂能够引发化学反应以形成交联聚合网状物(106)。在一个实施例中，材料包含一种环氧树脂。在一个实施例中，材料包含具有不饱和碳-碳键的一种环氧树脂。在一个实施例中，第一引发剂是一种UV引发剂。在一个实施例中，第一引发剂是以较长波长工作的一种引发剂，以便避免对敏感分子的UV辐射。在一个实施例中，步骤a)中的材料首先溶解于一种有机溶剂中，并且其中所述有机溶剂随后在步骤b)之前蒸发。在一个实施例中，使用选自真空和加热组成的组中的至少一种蒸发有机溶剂。在一个实施例中，将材料作为膜施加在基板上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造制品的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供一种在室温下为固体的材料(102)，其中所述材料(102)可溶于一种有机溶剂(107)，其中所述材料(102)包含选自以下组成的组中的至少一种：i)具有不饱和碳‑碳键的环氧树脂和ii)环氧树脂分子量超过400，优选超过600，其中所述材料(102)包含至少包含两个硫醇基的单体、至少包含两个碳‑碳不饱和键的单体，和第一引发剂，当所述材料(102)在第一活化步骤中曝光于光化辐射时，所述第一引发剂能够引发化学反应以形成交联聚合网状物(106)，并且其中当所述材料(102)在所述第一活化步骤中曝光于光化辐射时，所述材料(102)能够进行化学反应以形成交联聚合网状物(106)，b)至少部分地将所述材料(102)曝光于光化辐射(104)以适于在所述第一活化步骤中引发反应以形成交联聚合网状物(106)，其中所述曝光以一种图案进行，其中所述交联聚合网状物(106)不溶于所述有机溶剂(107)，c)将非交联材料溶解于一种有机溶剂(107)中，以便保留所述交联聚合网状物(106)，d)在第二活化步骤中使所述交联聚合网状物(106)与第二引发剂接触以引发进一步的反应产生进一步的交联和粘合特性来获得一种活化的交联聚合网状物，e)使所述活化的交联聚合网状物与另一个物体(108)接触，使其粘结形成所述制品。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.25 SE 1651150-31.一种用于制造制品的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供一种在室温下为固体的材料(102)，其中所述材料(102)可溶于一种有机溶剂(107)，其中所述材料(102)包含选自以下组成的组中的至少一种：i)具有不饱和碳-碳键的环氧树脂和ii)环氧树脂分子量超过400，优选超过600，其中所述材料(102)包含至少包含两个硫醇基的单体、至少包含两个碳-碳不饱和键的单体，和第一引发剂，当所述材料(102)在第一活化步骤中曝光于光化辐射时，所述第一引发剂能够引发化学反应以形成交联聚合网状物(106)，并且其中当所述材料(102)在所述第一活化步骤中曝光于光化辐射时，所述材料(102)能够进行化学反应以形成交联聚合网状物(106)，b)至少部分地将所述材料(102)曝光于光化辐射(104)以适于在所述第一活化步骤中引发反应以形成交联聚合网状物(106)，其中所述曝光以一种图案进行，其中所述交联聚合网状物(106)不溶于所述有机溶剂(107)，c)将非交联材料溶解于一种有机溶剂(107)中，以便保留所述交联聚合网状物(106)，d)在第二活化步骤中使所述交联聚合网状物(106)与第二引发剂接触以引发进一步的反应产生进一步的交联和粘合特性来获得一种活化的交联聚合网状物，e)使所述活化的交联聚合网状物与另一个物体(108)接触，使其粘结形成所述制品。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述材料(102)包含一种聚合物。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述第一引发剂是一种UV引发剂。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤a)中的所述材料(102)首先溶解于一种有机溶剂(107)中，并且其中所述有机溶剂(107)随后在步骤b)之前蒸发。5.根据权利要求4所述的方法，其中使用选自真空和加热组成的组中的至少一种蒸发所述有机溶剂(107)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将所述材料(102)作...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·弗雷德里克·卡尔博格，汤米·哈拉尔森，亨里克·米凯尔森，诺里约基·马苏达，
申请(专利权)人：莫赛纳实验室公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE