一种用于3d微结构制造的流体光刻方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于3D微结构制造的流体光刻方法，属于微细加工制造领域。
【背景技术】
[0002]自20世纪中期以来，以微光刻为代表的微细加工技术奠定了信息社会的重要基础，同时也将微细加工推向了一个新的高度。随着科学研宄领域从宏观逐渐迈向微观，人们对于微细功能结构的需求也日益增加，尤其是在微机电系统领域和生物化学检测领域，往往需要制备大量的微型传感器和微型探针，这对于微细加工来说是一项巨大挑战。虽然目前基于平面二维光刻的方法能够做到这一点，但是这种加工方式的效率却很低，而且加工成本巨大。如何能够大批量、低成本的制造3D微结构颗粒，这是微细加工制造领域的一大难题。
【发明内容】
[0003]为了解决上述难题，本发明设计了一种用于3D微结构制造的流体光刻方法，可以有效解决大批量、低成本制造3D微结构的技术难点，从而实现在短时间内制造成百上千的微结构颗粒，而且制造成本低，加工精度高，可以做到I μπι精度加工。
[0004]本发明采用的技术方案为:一种用于3D微结构制造的流体光刻方法，该方法步骤如下:
[0005]首先，在流场作用下，研宄感光介质与光的相互作用机理，做到在微流体管道内对流动光刻胶进行均匀、稳定的曝光，避免出现结构残缺和畸变；
[0006]其次，采用由下而上的曝光方式，这样做有利于保持光刻微粒始终紧贴微流管道底部，从而有利于提高曝光过程的稳定性，避免出现曝光微粒在微流管道内上下浮动的情况；
[0007]第三，采用PDMS氧化抑制剂来有效抑制在曝光过程中出现的光刻胶与微流管道内边之间的粘附现象，保证光刻过程能够顺利进行；
[0008]第四，利用电脑直接生成曝光图案，并通过数字微镜阵将其投影到焦面位置，中间过程不需要掩模板，这样以来便可以根据自己需要任意设计曝光图案，提高了加工的灵活性；
[0009]最后，利用电脑来不断控制光刻机的快门打开与闭合，从而达到连续光刻的效果，而感光固化的光刻微粒将随着管道内的流动液体排除微流体管道，整个曝光过程将实现流水线模式的加工，该方法实现了动态曝光加工方式，能够对流场作用下的光刻胶进行曝光。
[0010]其中，实现了流水线模式的光刻加工，生产效率高，能够在一分钟内生产数十上百个光刻微粒。
[0011]其中，加工精度高，能够在微流体管道内加工出精度达到I μπι的光刻微粒。
[0012]其中，加工灵活多变，能够做到自主设计加工微粒结构。
[0013]其中，能够实现大批量、高精度的微粒加工，在MEMS器件生产以及生物化学检测领域具有广泛应用前景。
[0014]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0015](I)、本发明能够在短时间内做到大批量加工，加工效率高；
[0016](2)、本发明能够在微流管道内实现高精度加工，加工精度可达Iym;
[0017](3)、本发明能够任意改变数字掩模投影图案，加工结构灵活多变。
【附图说明】
[0018]图1为本发明用于3D微结构制造的流体光刻方法的加工原理示意图，其中，I为PC, 2为微流泵，3为玻璃片，4为PDMS设备，5为微流体单元，6为聚合结构，7为投影物镜，8为数字微镜，9为快门。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明【具体实施方式】进行详细说明。
[0020]本发明的加工原理示意图如图1所示，一种用于3D微结构制造的流体光刻方法，该方法步骤如下:
[0021]首先，在流场作用下，研宄感光介质与光的相互作用机理，做到在微流体管道内对流动光刻胶进行均匀、稳定的曝光，避免出现结构残缺和畸变；
[0022]其次，采用由下而上的曝光方式，这样做有利于保持光刻微粒始终紧贴微流管道底部，从而有利于提高曝光过程的稳定性，避免出现曝光微粒在微流管道内上下浮动的情况；
[0023]具体的，利用微流泵将液体光刻胶注入微流体管道内，通过调节微流泵，可以控制微流体的流动速率，速率可以保持在lmm/s，这将影响加工效率和加工精度。
[0024]第三，采用PDMS氧化抑制剂来有效抑制在曝光过程中出现的光刻胶与微流管道内边之间的粘附现象，保证光刻过程能够顺利进行；
[0025]具体的，准备一个底部带有PDMS氧化抑制层的微流体管道，抑制层的厚度为20um,氧化抑制层能够有效抑制光刻胶在凝固过程中所产生的截面粘附效应，防止光刻胶黏在管道底部从而造成微流体管道堵塞。
[0026]第四，利用电脑直接生成曝光图案，并通过数字微镜阵将其投影到焦面位置，中间过程不需要掩模板，这样以来便可以根据自己需要任意设计曝光图案，提高了加工的灵活性；
[0027]具体的，设计好需要加工的结构图样，并利用数字微镜阵从底部将图样投影到微流体管道平面内，即焦面位置。
[0028]最后，利用电脑来不断控制光刻机的快门打开与闭合，从而达到连续光刻的效果，而感光固化的光刻微粒将随着管道内的流动液体排除微流体管道，整个曝光过程将实现流水线模式的加工，该方法实现了动态曝光加工方式，能够对流场作用下的光刻胶进行曝光。
[0029]该3D微流体光刻方法的加工效率高，能够在一分钟内加工数十上百个光刻微粒，其加工精度很高，可以做到I μπι的加工精度。
[0030]上述【具体实施方式】及结果均不是本发明性能的最佳体现，但各项评价指标都达到或者超越了设计预期。
【主权项】
1.一种用于3D微结构制造的流体光刻方法，其特征是:该方法步骤如下: 首先，在流场作用下，研宄感光介质与光的相互作用机理，做到在微流体管道内对流动光刻胶进行均匀、稳定的曝光，避免出现结构残缺和畸变； 其次，采用由下而上的曝光方式，这样做有利于保持光刻微粒始终紧贴微流管道底部，从而有利于提高曝光过程的稳定性，避免出现曝光微粒在微流管道内上下浮动的情况； 第三，采用PDMS氧化抑制剂来有效抑制在曝光过程中出现的光刻胶与微流管道内边之间的粘附现象，保证光刻过程能够顺利进行； 第四，利用电脑直接生成曝光图案，并通过数字微镜阵将其投影到焦面位置，中间过程不需要掩模板，这样以来便可以根据自己需要任意设计曝光图案，提高了加工的灵活性； 最后，利用电脑来不断控制光刻机的快门打开与闭合，从而达到连续光刻的效果，而感光固化的光刻微粒将随着管道内的流动液体排除微流体管道，整个曝光过程将实现流水线模式的加工，该方法实现了动态曝光加工方式，能够对流场作用下的光刻胶进行曝光。2.根据权利要求1所述的用于3D微结构制造的流体光刻方法，其特征是:实现了流水线模式的光刻加工，生产效率高，能够在一分钟内生产数十上百个光刻微粒。3.根据权利要求1所述的用于3D微结构制造的流体光刻方法，其特征是:加工精度高，能够在微流体管道内加工出精度达到I ym的光刻微粒。4.根据权利要求1所述的用于3D微结构制造的流体光刻方法，其特征是:加工灵活多变，能够做到自主设计加工微粒结构。5.根据权利要求1、2、3或4所述的用于3D微结构制造的流体光刻方法，其特征是:能够实现大批量、高精度的微粒加工，在MEMS器件生产以及生物化学检测领域具有广泛应用前景。
【专利摘要】本发明是一种用于3D微结构制造的流体光刻方法，属于微细加工制造领域。所述流体光刻方法是在一个微流体管道内对连续流动的光刻胶进行曝光，实现了流水线模式的光刻加工。与传统光刻方法相比，流体光刻具有高效率、高精度的加工优势，它能够在一分钟内加工数十上百个微粒、加工精度能够达到1μm。
【IPC分类】G03F7/20
【公开号】CN104898382
【申请号】CN201510359485
【发明人】邓钦元, 周毅, 司新春, 程依光, 刘俊伯, 杨勇, 胡松
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月26日