專利名稱：一種聚合物平面納米溝道制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納流控芯片制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種聚合物平面納米溝道的 制作方法，應(yīng)用在生命科學、醫(yī)學、分析化學等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微納流控芯片技術(shù)是目前迅速發(fā)展的高新技術(shù)和多學科交叉科技前沿領(lǐng)域 之一，是未來生命科學、化學科學與信息科學發(fā)展的重要技術(shù)平臺。微納流控 芯片在微型化、集成化和便攜化方面的優(yōu)勢為其在生物醫(yī)學、藥物合成篩選、 環(huán)境監(jiān)測與保護、衛(wèi)生檢疫、司法鑒定、生物戰(zhàn)劑的偵檢等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用提 供了極為廣闊的前景。納米溝道制作技術(shù)是微納流控芯片技術(shù)的基礎(chǔ)和源頭， 正受到國內(nèi)外許多專家學者的高度重視。溝道的橫截面在寬度和深度兩個方向 上，尺寸均小于100納米，稱為二維納米溝道；如只是在其中一個方向上小于100
納米，而另一個方向上大于ioo納米，則稱為平面納米溝道。目前已報道的聚合
物平面納米溝道制作方法主要有激光或粒子束直寫法、納米熱壓或熱壓成形、 犧牲層腐蝕法。激光或粒子束直寫法需要昂貴的專用設(shè)備；納米熱壓或熱壓成 形同樣需要專用設(shè)備，而且還需要制作昂貴的圖形轉(zhuǎn)移模板；犧牲層腐蝕法所 需設(shè)備相對簡單，但往往工藝過程復雜、制作周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有制作方法的缺陷，提供一種不需要昂貴的專用設(shè) 備，操作簡單、快速，制作成本低廉的聚合物平面納米溝道制作方法。本發(fā)明 提出的聚合物平面納米溝道制作方法，采用的是標準的紫外光刻工藝和化學濕 法腐蝕工藝與一種等離子體刻蝕工藝相結(jié)合，而且等離子體刻蝕是在一臺價格 低廉、操作簡便的等離子體清洗機上完成的，不需要為實現(xiàn)聚合物刻蝕而購買 昂貴且操作復雜的反應(yīng)離子刻蝕(Reactive ion etching, RIE)或感應(yīng)耦合等離子 體(Inductively coupled plasma, ICP)亥U蝕設(shè)備。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種聚合物平面納米溝道制作方法，首先基于標 準的紫外光刻和化學濕法腐蝕技術(shù)在聚合物基片上制作出線寬為微米級的金屬 掩蔽圖形，然后利用一臺等離子體清洗機對暴露在外的聚合物進行氧氣等離子 體刻蝕，通過設(shè)定刻蝕時間，便可以精確控制聚合物納米溝道的刻蝕深度；制 作方法如下(1) 利用磁控濺射臺在聚合物基片上濺射一層厚度約為80nm的銅薄膜；
(2) 利用勻膠機在銅薄膜表面旋涂一層正性光刻膠，并在55X:的熱板上前烘1 小時；
(3) 利用紫外光刻機對光刻膠曝光30秒，顯影后再次放到55。C的熱板上后烘1 小時；
(4) 以光刻膠為掩蔽層，利用濃度為2. 5%的硝酸溶液對暴露在外的銅薄膜進行 腐蝕，得到銅掩蔽圖形；
(5) 對光刻膠進行整體紫外曝光120秒，然后放入濃度為O. 5%的氫氧化鈉溶液 中，去除光刻膠；
(6) 將帶有銅掩蔽圖形的聚合物基片放入等離子體清洗機中，進行氧氣等離子 體刻蝕；其中，等離子體清洗機的射頻功率設(shè)置為60W，腔室壓力設(shè)置為 200Pa，通過設(shè)定刻蝕時間，便可以精確控制納米溝道的刻蝕深度；
(7) 利用濃度為2.5%的硝酸溶液去除銅掩蔽圖形，便得到了聚合物平面納米溝 道。
本發(fā)明的顯著效果是能夠利用標準的紫外光刻和化學濕法腐蝕技術(shù)與一臺 普通的等離子體清洗機相配合便可以實現(xiàn)聚合物平面納米溝道的制作，整個制 作過程簡單、周期短、成本低。


圖l是濺射銅薄膜，圖2是光刻，圖3是化學腐蝕銅薄膜，圖4是去除光刻膠， 圖5是等離子體刻蝕聚合物，圖6是去除銅薄膜。其中1-聚合物基片，2-銅薄膜, 3-光刻膠，a-光刻膠圖形，b-銅掩蔽圖形，c-聚合物納米溝道。
圖7是納米溝道刻蝕深度與刻蝕時間關(guān)系圖，其中橫坐標為時間，單位為 分鐘，縱坐標為深度，單位為納米。
圖8是納米溝道掃描電鏡照片，其中c-聚合物納米溝道。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。如附圖l、 2、 3、 4、 5和6所示，采用北京創(chuàng)威納科技有限公司生產(chǎn)的型號為JS3X-80B的磁控濺射臺， 在聚合物基片l上濺射一層厚度約為80nm的銅薄膜2;采用德國S亡SS MicroTec 公司生產(chǎn)的型號為Delta 80RC的勻膠機，在銅薄膜表面旋涂一層AZ Electronic Materials公司生產(chǎn)的型號為AZ MiR701的正性光刻膠，勻膠機的轉(zhuǎn)速為2600r/min，并在55"C的熱板上前烘l小時，然后在光刻膠3上覆蓋掩膜版，利用 德國SOSS MicroTec公司生產(chǎn)的型號為MA/BA6的紫外光刻機，對光刻膠3曝光30 秒，放入顯影液中進行顯影后得到寬度為微米級的光刻膠圖形a，并再次放到 55°。的熱板上后烘1小時；以光刻膠為掩蔽層，利用濃度為2.5%的硝酸溶液對暴 露在外的銅薄膜2進行腐蝕，得到銅掩蔽圖形b;對光刻膠3進行整體紫外曝光120 秒，然后放入濃度為0.5%的氫氧化鈉溶液中，去除光刻膠3;將帶有銅掩蔽圖形 b的聚合物基片l放入中國電子科技集團公司第十三研究所生產(chǎn)的型號為DQ-500
的等離子體清洗機中，進行氧氣等離子體刻蝕，刻蝕出聚合物納米溝道c;利用 濃度為2.5%的硝酸溶液將銅掩蔽圖形2腐蝕掉，得到聚合物納米溝道c。
在固定了等離子體清洗機的射頻功率和腔室壓力后，通過調(diào)整刻蝕時間， 便可以精確控制納米溝道的刻蝕深度。以一種微納流控芯片常用的聚合物材料 ——聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為例，圖7顯示了當射頻功率為60瓦、腔室壓 力為200帕時，寬度為5微米的PMMA納米溝道刻蝕深度與刻蝕時間關(guān)系圖，平 均刻蝕速度約為每分鐘10納米。圖8是制作出的9根平行的寬5微米深約100納米 的PMMA納米溝道c。
本發(fā)明實現(xiàn)了聚合物平面納米溝道的簡易制作，不需要為實現(xiàn)聚合物的刻 蝕而額外購買專用的昂貴設(shè)備，整個制作周期只需要幾個小時，而且重復精度 高，非常適合于聚合物平面納米溝道的批量化、低成本加工。實驗證明，該方 法適用于微納流控芯片常用的絕大多數(shù)聚合物材料，如PMMA、聚碳酸酯(PC)、 聚苯乙烯(PS)、 COP (Cyclo-olefinpolymer,環(huán)烯烴聚合物)等。
權(quán)利要求
1、一種聚合物平面納米溝道制作方法，其特征是，首先基于標準的紫外光刻和化學濕法腐蝕技術(shù)在聚合物基片上制作出線寬為微米級的金屬掩蔽圖形，然后利用一臺等離子體清洗機對暴露在外的聚合物進行氧氣等離子體刻蝕，通過設(shè)定刻蝕時間，便可以精確控制聚合物納米溝道的刻蝕深度；制作方法如下(1)利用磁控濺射臺在聚合物基片上濺射一層厚度約為80nm的銅薄膜；(2)利用勻膠機在銅薄膜表面旋涂一層正性光刻膠，并在55℃的熱板上前烘1小時；(3)利用紫外光刻機對光刻膠曝光30秒，顯影后再次放到55℃的熱板上后烘1小時；(4)以光刻膠為掩蔽層，利用濃度為2.5％的硝酸溶液對暴露在外的銅薄膜進行腐蝕，得到銅掩蔽圖形；(5)對光刻膠進行整體紫外曝光120秒，然后放入濃度為0.5％的氫氧化鈉溶液中，去除光刻膠；(6)將帶有銅掩蔽圖形的聚合物基片放入等離子體清洗機中，進行氧氣等離子體刻蝕；其中，等離子體清洗機的射頻功率設(shè)置為60W，腔室壓力設(shè)置為200Pa，通過設(shè)定刻蝕時間，便可以精確控制納米溝道的刻蝕深度；(7)利用濃度為2. 5％的硝酸溶液去除銅掩蔽圖形，便得到了聚合物平面納米溝道。
全文摘要
本發(fā)明一種聚合物平面納米溝道制作方法，屬于微納流控芯片制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種聚合物平面納米溝道的制作方法，應(yīng)用在生命科學、醫(yī)學、分析化學等領(lǐng)域。聚合物平面納米溝道制作方法首先基于標準的紫外光刻和化學濕法腐蝕技術(shù)在聚合物基片上制作出線寬為微米級的金屬掩蔽圖形，接著利用一臺等離子體清洗機對暴露在外的聚合物進行氧氣等離子體刻蝕，通過設(shè)定刻蝕時間，便可以精確控制聚合物納米溝道的刻蝕深度；最后利用化學濕法腐蝕去除金屬掩蔽圖形，便得到了聚合物平面納米溝道。本發(fā)明不需要為實現(xiàn)聚合物刻蝕而購買操作復雜、價格昂貴的反應(yīng)離子刻蝕或感應(yīng)耦合等離子體刻蝕設(shè)備。納米溝道的整個制作過程簡單、周期短、成本低。
文檔編號G01N33/00GK101477096SQ20091001002
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月5日
發(fā)明者喬紅超, 沖 劉, 劉軍山, 征 徐, 杜立群, 王立鼎 申請人:大連理工大學