一种聚合物平面纳米沟道制作方法技术

本发明专利技术一种聚合物平面纳米沟道制作方法，属于微纳流控芯片制造技术领域，涉及一种聚合物平面纳米沟道的制作方法，应用在生命科学、医学、分析化学等领域。聚合物平面纳米沟道制作方法首先基于标准的紫外光刻和化学湿法腐蚀技术在聚合物基片上制作出线宽为微米级的金属掩蔽图形，接着利用一台等离子体清洗机对暴露在外的聚合物进行氧气等离子体刻蚀，通过设定刻蚀时间，便可以精确控制聚合物纳米沟道的刻蚀深度；最后利用化学湿法腐蚀去除金属掩蔽图形，便得到了聚合物平面纳米沟道。本发明专利技术不需要为实现聚合物刻蚀而购买操作复杂、价格昂贵的反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀设备。纳米沟道的整个制作过程简单、周期短、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳流控芯片制造
，涉及一种聚合物平面纳米沟道的 制作方法，应用在生命科学、医学、分析化学等领域。
技术介绍
微纳流控芯片技术是目前迅速发展的高新技术和多学科交叉科技前沿领域 之一，是未来生命科学、化学科学与信息科学发展的重要技术平台。微纳流控 芯片在微型化、集成化和便携化方面的优势为其在生物医学、药物合成筛选、 环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物战剂的侦检等众多领域的应用提 供了极为广阔的前景。纳米沟道制作技术是微纳流控芯片技术的基础和源头， 正受到国内外许多专家学者的高度重视。沟道的横截面在宽度和深度两个方向 上，尺寸均小于100纳米，称为二维纳米沟道；如只是在其中一个方向上小于100纳米，而另一个方向上大于ioo纳米，则称为平面纳米沟道。目前已报道的聚合物平面纳米沟道制作方法主要有激光或粒子束直写法、纳米热压或热压成形、 牺牲层腐蚀法。激光或粒子束直写法需要昂贵的专用设备；纳米热压或热压成 形同样需要专用设备，而且还需要制作昂贵的图形转移模板；牺牲层腐蚀法所 需设备相对简单，但往往工艺过程复杂、制作周期长。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有制作方法的缺陷，提供一种不需要昂贵的专用设 备，操作简单、快速，制作成本低廉的聚合物平面纳米沟道制作方法。本专利技术 提出的聚合物平面纳米沟道制作方法，采用的是标准的紫外光刻工艺和化学湿 法腐蚀工艺与一种等离子体刻蚀工艺相结合，而且等离子体刻蚀是在一台价格 低廉、操作简便的等离子体清洗机上完成的，不需要为实现聚合物刻蚀而购买 昂贵且操作复杂的反应离子刻蚀(Reactive ion etching, RIE)或感应耦合等离子 体(Inductively coupled plasma, ICP)亥U蚀设备。本专利技术采用的技术方案是 ，首先基于标 准的紫外光刻和化学湿法腐蚀技术在聚合物基片上制作出线宽为微米级的金属 掩蔽图形，然后利用一台等离子体清洗机对暴露在外的聚合物进行氧气等离子 体刻蚀，通过设定刻蚀时间，便可以精确控制聚合物纳米沟道的刻蚀深度；制 作方法如下(1) 利用磁控溅射台在聚合物基片上溅射一层厚度约为80nm的铜薄膜；(2) 利用匀胶机在铜薄膜表面旋涂一层正性光刻胶，并在55X:的热板上前烘1 小时；(3) 利用紫外光刻机对光刻胶曝光30秒，显影后再次放到55。C的热板上后烘1 小时；(4) 以光刻胶为掩蔽层，利用浓度为2. 5%的硝酸溶液对暴露在外的铜薄膜进行 腐蚀，得到铜掩蔽图形；(5) 对光刻胶进行整体紫外曝光120秒，然后放入浓度为O. 5%的氢氧化钠溶液 中，去除光刻胶；(6) 将带有铜掩蔽图形的聚合物基片放入等离子体清洗机中，进行氧气等离子 体刻蚀；其中，等离子体清洗机的射频功率设置为60W，腔室压力设置为 200Pa，通过设定刻蚀时间，便可以精确控制纳米沟道的刻蚀深度；(7) 利用浓度为2.5%的硝酸溶液去除铜掩蔽图形，便得到了聚合物平面纳米沟 道。本专利技术的显著效果是能够利用标准的紫外光刻和化学湿法腐蚀技术与一台 普通的等离子体清洗机相配合便可以实现聚合物平面纳米沟道的制作，整个制 作过程简单、周期短、成本低。附图说明图l是溅射铜薄膜，图2是光刻，图3是化学腐蚀铜薄膜，图4是去除光刻胶， 图5是等离子体刻蚀聚合物，图6是去除铜薄膜。其中1-聚合物基片，2-铜薄膜, 3-光刻胶，a-光刻胶图形，b-铜掩蔽图形，c-聚合物纳米沟道。图7是纳米沟道刻蚀深度与刻蚀时间关系图，其中横坐标为时间，单位为 分钟，纵坐标为深度，单位为纳米。图8是纳米沟道扫描电镜照片，其中c-聚合物纳米沟道。 具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细说明本专利技术的实施方式。如附图l、 2、 3、 4、 5和6所示，采用北京创威纳科技有限公司生产的型号为JS3X-80B的磁控溅射台， 在聚合物基片l上溅射一层厚度约为80nm的铜薄膜2;采用德国S亡SS MicroTec 公司生产的型号为Delta 80RC的匀胶机，在铜薄膜表面旋涂一层AZ Electronic Materials公司生产的型号为AZ MiR701的正性光刻胶，匀胶机的转速为2600r/min，并在55"C的热板上前烘l小时，然后在光刻胶3上覆盖掩膜版，利用 德国SOSS MicroTec公司生产的型号为MA/BA6的紫外光刻机，对光刻胶3曝光30 秒，放入显影液中进行显影后得到宽度为微米级的光刻胶图形a，并再次放到 55°。的热板上后烘1小时；以光刻胶为掩蔽层，利用浓度为2.5%的硝酸溶液对暴 露在外的铜薄膜2进行腐蚀，得到铜掩蔽图形b;对光刻胶3进行整体紫外曝光120 秒，然后放入浓度为0.5%的氢氧化钠溶液中，去除光刻胶3;将带有铜掩蔽图形 b的聚合物基片l放入中国电子科技集团公司第十三研究所生产的型号为DQ-500的等离子体清洗机中，进行氧气等离子体刻蚀，刻蚀出聚合物纳米沟道c;利用 浓度为2.5%的硝酸溶液将铜掩蔽图形2腐蚀掉，得到聚合物纳米沟道c。在固定了等离子体清洗机的射频功率和腔室压力后，通过调整刻蚀时间， 便可以精确控制纳米沟道的刻蚀深度。以一种微纳流控芯片常用的聚合物材料 ——聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为例，图7显示了当射频功率为60瓦、腔室压 力为200帕时，宽度为5微米的PMMA纳米沟道刻蚀深度与刻蚀时间关系图，平 均刻蚀速度约为每分钟10纳米。图8是制作出的9根平行的宽5微米深约100纳米 的PMMA纳米沟道c。本专利技术实现了聚合物平面纳米沟道的简易制作，不需要为实现聚合物的刻 蚀而额外购买专用的昂贵设备，整个制作周期只需要几个小时，而且重复精度 高，非常适合于聚合物平面纳米沟道的批量化、低成本加工。实验证明，该方 法适用于微纳流控芯片常用的绝大多数聚合物材料，如PMMA、聚碳酸酯(PC)、 聚苯乙烯(PS)、 COP (Cyclo-olefinpolymer,环烯烃聚合物)等。权利要求1、，其特征是，首先基于标准的紫外光刻和化学湿法腐蚀技术在聚合物基片上制作出线宽为微米级的金属掩蔽图形，然后利用一台等离子体清洗机对暴露在外的聚合物进行氧气等离子体刻蚀，通过设定刻蚀时间，便可以精确控制聚合物纳米沟道的刻蚀深度；制作方法如下(1)利用磁控溅射台在聚合物基片上溅射一层厚度约为80nm的铜薄膜；(2)利用匀胶机在铜薄膜表面旋涂一层正性光刻胶，并在55℃的热板上前烘1小时；(3)利用紫外光刻机对光刻胶曝光30秒，显影后再次放到55℃的热板上后烘1小时；(4)以光刻胶为掩蔽层，利用浓度为2.5％的硝酸溶液对暴露在外的铜薄膜进行腐蚀，得到铜掩蔽图形；(5)对光刻胶进行整体紫外曝光120秒，然后放入浓度为0.5％的氢氧化钠溶液中，去除光刻胶；(6)将带有铜掩蔽图形的聚合物基片放入等离子体清洗机中，进行氧气等离子体刻蚀；其中，等离子体清洗机的射频功率设置为60W，腔室压力设置为200Pa，通过设定刻蚀时间，便可以精确控制纳米沟道的刻蚀深度；(7)利用浓度为2. 5％的硝酸溶液去除铜掩蔽图形，便得到了聚合物平面纳米沟道。全文摘要本专利技术，属于微纳流控芯片制造
，涉及一种聚合物平面纳米沟道的制作方法，应用在生命科学、医学、分析化学等领域。聚合物平面纳米沟道制作方法首本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物平面纳米沟道制作方法，其特征是，首先基于标准的紫外光刻和化学湿法腐蚀技术在聚合物基片上制作出线宽为微米级的金属掩蔽图形，然后利用一台等离子体清洗机对暴露在外的聚合物进行氧气等离子体刻蚀，通过设定刻蚀时间，便可以精确控制聚合物纳米沟道的刻蚀深度；制作方法如下：　（１）利用磁控溅射台在聚合物基片上溅射一层厚度约为８０ｎｍ的铜薄膜；　（２）利用匀胶机在铜薄膜表面旋涂一层正性光刻胶，并在５５℃的热板上前烘１小时；　（３）利用紫外光刻机对光刻胶曝光３０秒，显 影后再次放到５５℃的热板上后烘１小时；　（４）以光刻胶为掩蔽层，利用浓度为２．５％的硝酸溶液对暴露在外的铜薄膜进行腐蚀，得到铜掩蔽图形；　（５）对光刻胶进行整体紫外曝光１２０秒，然后放入浓度为０．５％的氢氧化钠溶液中，去除光刻胶 ；　（６）将带有铜掩蔽图形的聚合物基片放入等离子体清洗机中，进行氧气等离子体刻蚀；其中，等离子体清洗机的射频功率设置为６０Ｗ，腔室压力设置为２００Ｐａ，通过设定刻蚀时间，便可以精确控制纳米沟道的刻蚀深度；　（７）利用浓度为２．５ ％的硝酸溶液去除铜掩蔽图形，便得到了聚合物平面纳米沟道。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜立群，刘冲，刘军山，乔红超，王立鼎，徐征，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]