一种PDMS微流控芯片加工中套刻工艺的对准操作流程制造技术

本发明专利技术公开了一种PDMS微流控芯片加工中套刻工艺的对准操作流程，本发明专利技术在光刻之前充分、系统地做好准备工作，光刻时便得心应手，可以快速而顺利完成套刻对准。准备工作完成后，光刻机操作时间可以控制在半小时以内，提高了工作效率，也减少了机器的消耗。使用本发明专利技术的技术方案，初学者也能较好地完成高难度的套刻对准。使用本技术方案在普通国产曝光机JKG

【技术实现步骤摘要】
一种PDMS微流控芯片加工中套刻工艺的对准操作流程


[0001]本专利技术涉及一种套刻光刻的操作工艺流程，具体涉及加工制作PDMS微流控芯片中套刻对准曝光的对准工艺流程。

技术介绍

[0002]UV光刻技术是微纳加工领域的常用技术，例如，用于集成电路制造、微光学、微机械及近年来迅速发展的微流控芯片加工等。再例如，最近比较受关注的华为手机制造受芯片的供应限制的问题，制约芯片制造的瓶颈正是光刻加工。光刻工艺是通过曝光技术将掩膜上的图形转移到涂覆于硅片(硅片)表面的光刻胶上，然后通过显影、坚模、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。对于PDMS微流控芯片的制作加工则是将UV(紫外光)敏感的光刻胶(例如SU-8负性光刻胶)均匀涂布在硅片上，预先设计好掩膜带有芯片通道图案，在使用SU-8负性光刻胶进行光刻时，掩膜得通道区域设计为透明，其他为不透明，曝光时高能量的UV(紫外光)穿过掩膜透明区域照在光刻胶上会使光刻胶分子发生交联反应，对显影试剂不再敏感，不会被显影液洗掉，未被照射区域可被显影液清洗掉，如此可在硅片上制作出凸起物类似模具，这样就把掩膜上的芯片设计图案转移到硅片上，形成模具，称之阳模。液态PDMS胶倒在模具上，固化后揭起，形成PDMS上的微通道，通道图案与掩膜上的设计一致。如此通过光刻、显影、PDMS注塑工序掩膜上的几何图形转移到PDMS上制作出微流控芯片，制作过程与集成电路制造相同。光刻工艺是微流控芯片制作的先导和基础。
[0003]复杂多层微流控芯片加工过程中掩膜与硅片的对准是光刻中的关键步骤。复杂多层微流控芯片需要将两种或多种高度的微通道设计在同一个芯片上，一次光刻胶涂布只能制作出一个高度的微通道，多种高度的微通道需要经过多次涂布、曝光、显影才能完成。每次曝光都需要一块掩膜，光刻曝光时每一块掩膜都需要和前次已经光刻的图像进行对准，以保证每一层图形有精确的相对位置，这称为套刻对准。套刻是微流控芯片加工中较为复杂也有难度的操作，然而随着微流控芯片的功能集成化、结构复杂化及微流控技术应用范围的扩大，套刻工艺使用的越来越多。套刻中对准精度是影响套刻精度的主要因素。当然，作为进行套刻的对准操作工序将较大影响结果精度。套刻对操作员的技术经验要求较高，特别是使用低性能的光刻设备进行套刻时，优化的套刻工艺意义更大。微流控芯片加工其套刻精度要求相对不高，这也是微流控芯片加工套刻工艺的特征。套刻对准时，将掩膜对准标记与下面的硅片上对准标记重叠即实现对准。曝光前，安装好硅片及掩膜后显微镜下进行对准，由于对准标记较小，透过掩膜同时找到硅片上多个对应的标记难度较大，同时因为是微米尺度的操作，费时费力消耗大，效率低。以往的对准操作工艺可以采用大标记作对准，标记面积大便于发现，但是会在硅片上留下较大图案，同时，在光刻机高倍目镜的小视野下，只能显示标记的一部分，不利于快速判断偏移偏差，较为主要的是大标记实现粗对准容易，不好作精细对准。还可以在掩膜台上作掩膜记号，通过记号使两次曝光掩膜位置相同，硅片也同样处理，以完成对准，这是一种较好的实现对准的方法，但是作标记的方式多种多样，不够统一。同时，因操作者经验技术及操作习惯和使用的机器的性能而异，对准精
度要求不同，对准操作工艺有所差异。我们也曾提出过使用十字架叠加小圆面的对准标记，先完成粗对准再完成精对准，分步完成降低难度。
[0004]掩膜上的多个对准标记与硅片上的各对应标记完全重合即表示完全对准。然而，实现单个标记的对准较容易，实现多个对准标记都对准较难，这是套刻的难处所在。套刻时，光刻机结构与功能决定我们可以对掩膜及硅片实施多种动作。光刻机工作台包括下面的硅片呈物台与上面安装掩膜的掩膜台，掩膜平台可平移，包括横向(X轴)与纵向(Y轴)，硅片平台可以上下移动及旋转。这里要注意一下，硅片平台有一个旋转旋钮，这一旋转操作是所有对准曝光都会进行的，所有光刻机都配有此功能旋钮。对准时，掩膜台的前后左右的平移操作简单，然而硅片与掩膜的角度偏差(图1)偏移较难校正。角度偏差校正时，旋转的中心与硅片不同心就难以判断旋转后的偏移量，会造成更大的偏差，这也是角度偏差校正的难处所在。针对这些难点，一种系统、规范的对准工艺有待于开发。另外，显微镜目镜下物体运动方向与我们的认知习惯不一致，这也增加了对准操作的难度，期待优化、系统的对准工艺的开发。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种。本专利技术设计了一种新的套刻对准工艺用于微流控芯片加工中掩膜与硅片的快速、高效对准。
[0006]技术方案：一种PDMS微流控芯片加工中套刻工艺的对准操作流程，包括如下步骤：
[0007]步骤一、首先在掩膜上找到四个参考点，延长掩膜X、Y轴在它们与边缘交点位置做标记；
[0008]步骤二、一次曝光时硅片放在硅片呈物台中央，并在呈物台上做好硅片位置记号，安装掩膜尽量将掩膜中心置于掩膜台中心，后用记号笔在掩膜台上留下掩膜边缘四个点的位置信息，为防止后续操作中掩膜位置发生偏移可以用胶带黏附掩膜初步固定；
[0009]步骤三、二次曝光即套刻时，在硅片上标记点可以用彩色水笔涂布色彩，参照事先记号笔做好的硅片位置记号与掩膜位置记号放好硅片、掩膜，掩膜再用胶带固定，完成此“位置重叠”掩膜硅片安装；
[0010]步骤四、然后，显微镜下操作进行粗对准：先透过掩膜找到硅片上的彩色，在彩色周围找到对准标记，这里对准标记一定要成对查找，找对位的两个标记，前后移动光刻机平台查找对位位置对准标记并进行位置调整、对准，单独一个对准标记的对准无效，必须要对位的两个标记都对准，选择对位两标记点进行对准很有必要，操作简便，也能够有效克服掩膜硅片角度偏差造成的偏离；
[0011]步骤五、前后移动光刻机平台，分析偏差，缓慢旋转硅片纠正偏差，这一角度偏差是套刻都要面临的问题，对准时先进行角度偏差的纠正，再进一步进行精对准，当两个对准标记都对准后便实现套刻对准，曝光可以进行；
[0012]步骤六、套刻结束，掩膜台上记号应及时除去，以免干扰下一次套刻操作。
[0013]进一步的，在微流控芯片制作加工掩膜设计时将用于一次曝光的掩膜与二次曝光掩膜的对准标记设计在掩膜同一位点，如此，只要保证一次曝光与套刻时的二次曝光中两次掩膜在掩膜台上的安装位置完全相同，同时保证前后硅片放置位置也相同即可实现对准；可以将掩膜对准标记靠近硅片对准标记，便于快速发现标记并进行调整，减少了对标记
的反复寻找，同时，还能有效消除硅片与掩膜之间的角度偏差，解决这一困扰套刻对准的难题，使角度调整工作转向较为简便的X、Y轴方向上的平移，大大降低难度；微流控芯片加工的套刻对准精度要求不高，但粗对准比精对准难度大、耗时多，而采用此对准方案可以大大降低粗对准难度，适于微流控芯片加工；这种“位置重叠”掩膜硅片安装对准操作肉眼观察即可完成，不使用显微镜。
[0014]进一步的，所述曝光前，为了进一步加快对对准标记的搜索，可先用彩色水笔在硅片的对准标记上涂布色彩，对准操作时，参考彩色涂范围便找到标记点，相当于扩大了标记面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PDMS微流控芯片加工中套刻工艺的对准操作流程，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、首先在掩膜上找到四个参考点，延长掩膜X、Y轴在它们与边缘交点位置做标记；步骤二、一次曝光时硅片放在硅片呈物台中央，并在呈物台上做好硅片位置记号，安装掩膜尽量将掩膜中心置于掩膜台中心，后用记号笔在掩膜台上留下掩膜边缘四个点的位置信息，为防止后续操作中掩膜位置发生偏移可以用胶带黏附掩膜初步固定；步骤三、二次曝光即套刻时，在硅片上标记点可以用彩色水笔涂布色彩，参照事先记号笔做好的硅片位置记号与掩膜位置记号放好硅片、掩膜，掩膜再用胶带固定，完成此“位置重叠”掩膜硅片安装；步骤四、然后，显微镜下操作进行粗对准：先透过掩膜找到硅片上的彩色，在彩色周围找到对准标记，这里对准标记一定要成对查找，找对位的两个标记，前后移动光刻机平台查找对位位置对准标记并进行位置调整、对准，单独一个对准标记的对准无效，必须要对位的两个标记都对准，选择对位两标记点进行对准很有必要，操作简便，也能够有效克服掩膜硅片角度偏差造成的偏离；步骤五、前后移动光刻机平台，分析偏差，缓慢旋转硅片纠正偏差，这一角度偏差是套刻都要面临的问题，对准时先进行角度偏差的纠正，再进一步进行精对准，当两个对准标记都对准后便实现套刻对准，曝光可以进行；步骤六、套刻结束，掩膜台上记号应及时除去，以免干扰下一次套刻操作。2.根据权利要求1所述的PDMS微流控芯片加工中套刻工艺的对准操作流程，其特征在于：在微...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵幸福，孙逸凡，印唐臣，朱海燕，张迎洁，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：