一种su8阵列式微反应池的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：匀胶、前烘、曝光、后烘、降温、显影、坚模和镀膜步骤，其中镀膜步骤是将SU8阵列式反应池池壁镀上30?90nm的反射薄膜。与现有技术相比，本发明的优点是通过添加镀膜的步骤，使制备出的SU8微反应池具有很好的抗光学串扰能力，从而能更好地应用于基于测序等对SU8微反应池光学性质要求较高的应用中。
【专利说明】
一种SU8阵列式微反应池的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及微电子加工技术领域，特别是涉及一种SU8阵列式微反应池的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 光纤面板表面制作阵列式微反应池有三种备选方式:一是在光纤面板表面生长无 机薄膜材料，并采用半导体微加工工艺制作出阵列式微反应池;二是将制作有阵列式微反 应池薄膜材料与光纤面板键合;三是采用厚胶光刻工艺在光纤面板表面制作聚合物阵列式 微反应池。厚胶光刻工艺简单易行且制作成本低，成为阵列式微反应池制作的首选途径。
[0003] 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏 感的混合液体。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性 胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶;反之，对某些溶剂是不可溶的，经光 照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所 需的电路图形。
[0004] 光刻胶应该具有比较小的表面张力，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。SU8材料 是1995年由IBM公司开发出来的负性环氧光刻胶，具有很高的紫外光敏特性，在制作塑性机 械结构、微流体器件、微通道结构等MEMS方面获得了广泛的应用，是一种较为常用的厚胶。 SU8是由双酚A型环氧树脂溶解于γ-丁内酯而形成的有机聚合胶体，因平均一个分子中含 有8个环氧树脂得名。SU8焦磷过程主要分为两步：（1 )SU8中的光引发剂吸收光子，发生化学 反应生成酸性催化剂；（2)酸性催化剂在热能的辅助作用下催化分子间环氧基反应，形成致 密交联网络。相对于其他厚胶，SU8加工工艺简单，重复性好，生物兼容性好，易在硅、玻璃、 陶瓷等衬底上形成阵列结构，并且SU8包括丰富的环氧基，化学性质活泼反应型强，可在温 和调价下与多种基团发生亲核开环反应，可在不影响生物活性的条件下与多种生物分子共 价结合，能够有效的增加官能团效率。传统的芯片材料曝光均匀性差，SU8的曝光均匀性好， 可制作高深宽比结构，并可以通过化学修饰形成超疏水表面，减小使用过程中的摩擦力，增 强其磨损耐用性，具有良好的机械性能、较低的杨氏模量和较好的金属层粘附性。这些性质 使SU8在诸多应用于厚胶光刻工艺的光刻胶中成为了制作微反应池的极佳选择。
[0005] 但是SU8在可见光波段透射率高达90%，导致SU8阵列式微反应池光学隔离性能差， 相邻的微反应池之间的光学信号互相串扰，降低了光学检测的信噪比及准确性。此外，SU8 制作过程的胶边以及应力等问题极大地影响了其工艺重复性以及成品率。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有SU8微反应池制备方法有效避免相邻微反应池之间的光信号串扰的 问题，本发明的目的是提供一种SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤： (1)匀胶:将SU8滴加至光纤面板中心，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有阵列图案的掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； (5) 降温:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室温； (6) 显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成阵列式反应池； (7) 坚模:将所形成的SU8阵列式反应池以及光纤面板放入烘箱中进行坚模，烘箱温度 为 80°C，持续 l_1.5h; (8) 镀膜:将SU8阵列式反应池池壁镀上30-90nm的反射薄膜。
[0007] 进一步地，镀膜步骤所述反射膜的材料为金、银、铝、铜中的一种。由光子能量在传 递关系，在合理控制光学吸收的条件下，可通过增加表面的反射率来减少光的透射。反射膜 可有效增加表面反射率，且应用条件成熟可靠，常用的反射膜有金属反射膜和全电介质反 射膜两类。全电介质反射膜通常在特定波长有极高反射率且吸收率较低，但很难在整个可 见光范围内保持较高反射率。金属反射膜的工作波长范围宽，且制备工艺更为简单。其中， 金、银、铝、铜这四种金属有很好的反射率，他们的镀膜条件也比其他金属更加宽松。
[0008] 进一步地，镀膜步骤所述反射膜的材料为铝。相比于上述其他金属，铝在近紫外 光、可见光和近红外光都要良好的反光率，铝也能在厚度小于l〇〇nm时还保持较佳的反射 率。
[0009]进一步地，所述反射膜厚度为40-55nm。照射光的穿透深度与材料的基本性质的关 系如下= 其中δ是光的穿透深度，λ是光的波长，c是光速，μ是材料的导 磁系数，σ是静导电系数。由这个公式了解，光线的波长越长越容易穿透所照射的材料;并且 材料的导电系数越高，照射光的穿透深度越浅，从而材料对照射光的反射率越高。本发明技 术人员结合这个公式以及大量的试验得出，反射膜厚度在40_55nm时不但可以达到相当大 的反射率，还不会对微反应池的结构及性能产生明显的影响。
[0010]进一步地，所述反射薄膜的镀膜方式是蒸镀。镀膜一般有三种方式：蒸镀 (evaporation)、派镀（sputtering)和离子披覆（ion plating)。由于本发明方案是要将反 射膜镀只镀在反应池池壁上，因此本发明镀膜步骤应选择一个能对目标的镀膜范围控制较 佳的镀膜方式。在蒸镀方式中，技术人员可以通过调整基板方向、蒸镀速率等因素可以较好 地控制目标的镀膜范围。同时，蒸镀形成的使属反射膜的反射率比其他方式形成的金属反 射膜的反射率要高。另外，金属蒸镀的成本比其他两种方式更加低廉，有利于本发明方案在 实际工业生产中的应用。
[0011] 进一步地，所述蒸镀是在l(T6-l(T8Pa的真空中完成。在这个条件下，所形成的金属 反射膜的密度较大，从而其反射率也较高。
[0012] 进一步地，在镀膜步骤中SU8阵列式反应池以及光纤面板的温度为60-70°C。这个 条件有利于形成密度较大的金属反射膜，从而使所形成的反射膜的反射率较大。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点是通过添加镀膜的步骤，使制备出的SU8微反应池 具有很好的抗光学串扰能力，从而能更好地应用于基于测序等对SU8微反应池光学性质要 求较高的应用中。
【具体实施方式】
[0014] 下面详细描述本发明的实施例，仅用于解释本发明，而不能视为对本发明的限制。
[0015] 为减少试验的变量，以下SU8反应池的深度，即本发明制备方法首先形成的SU8膜 的厚度，为30μπι，反应池之间的池壁厚度为6μπι，反应池截面为30μπι X 30μπι正方形，反应池阵 列为10X10正方形阵列。
[0016] 然而，本领域技术人员可以得知，反应池阵列可以通过更加合理的几何排布，使反 应池排列得更加紧密，反应池本身的尺寸和形状也可以根据具体应用环境而做其他调整。 [00 17] 实施例！ (1) 匀胶:将SU8滴加至光纤面板中心，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有阵列图案的掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； (5) 降温:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室温； (6) 显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成阵列式反应池； (7) 坚模:将所形成的SU8阵列式反应池以及光纤面板放入烘箱中进行坚模，烘箱温度 为 80°C，持续 l_1.5h; (8) 镀膜:将SU8阵列式反应池池壁用蒸镀的方法镀上40 nm的铝反射薄膜，其中蒸镀气 压为6.7*l(T7Pa，SU8阵列式反应池以及光纤面板的温度为60°C。
[0018] 实施例2 (1) 匀胶:将SU8滴加至光纤面板中心，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有阵列图案的掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； (5) 降温:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室温； (6) 显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成阵列式反应池； (7) 坚模:将所形成的SU8阵列式反应池以及光纤面板放入烘箱中进行坚模，烘箱温度 为 80°C，持续 l_1.5h; (8 )镀膜:将SU8阵列式反应池池壁用蒸镀的方法镀上30nm的金反射薄膜，其中蒸镀气 压为9*l(T7Pa，SU8阵列式反应池以及光纤面板的温度为65°C。
[0019] 实施例3 (1) 匀胶:将SU8滴加至光纤面板中心，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有阵列图案的掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； (5) 降温:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室温； (6) 显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成阵列式反应池； (7) 坚模:将所形成的SU8阵列式反应池以及光纤面板放入烘箱中进行坚模，烘箱温度 为 80°C，持续 l_1.5h; (8) 镀膜:将SU8阵列式反应池池壁用蒸镀的方法镀上55nm的铝反射薄膜，其中蒸镀气 压为5*l(T6Pa，SU8阵列式反应池以及光纤面板的温度为70°C。
[0020] 实施例4 (1) 匀胶:将SU8滴加至光纤面板中心，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有阵列图案的掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； (5) 降温:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室温； (6) 显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成阵列式反应池； (7) 坚模:将所形成的SU8阵列式反应池以及光纤面板放入烘箱中进行坚模，烘箱温度 为 80°C，持续 l_1.5h; (8) 镀膜:将SU8阵列式反应池池壁用蒸镀的方法镀上85nm的银反射薄膜，其中蒸镀气 压为3.5*l(T6Pa，SU8阵列式反应池以及光纤面板的温度为70°C。
[0021] 对比例1 (1) 匀胶:将SU8滴加至光纤面板中心，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有阵列图案的掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； (5) 降温:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室温； (6) 显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成阵列式反应池； (7) 坚模:将所形成的SU8阵列式反应池以及光纤面板放入烘箱中进行坚模，烘箱温度 为 80°C，持续 l_1.5h。
[0022]将Cy3荧光标记物包被的聚苯乙烯微球通过离心作用填充进通过上述各实施例和 对比例方案制备出的SU8阵列式微反应池，从其背面检测荧光信号。其中，根据上述各实施 例和对比例方案分别制备9个阵列式反应池，每个阵列式反应池重复进行至少30次荧光信 号检测，这些阵列式反应池的平均反光率和平均光串扰率在下表中列出。
[0023] 从上表中可以明显得出，具有金属反射的SU8微反应池具有很好的抗光学串扰能 力，镀膜材料、镀膜厚度以及镀膜条件对金属反射膜的反光率有影响，从而进一步对微反应 池的光串扰率有影响。
[0024] 上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以 限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术 方案的范围内。
【主权项】
1. 一种SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 匀胶:将SU8滴加至光纤面板中心，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有阵列图案的掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； (5) 降温:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室温； (6) 显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成阵列式反应池； (7) 坚模:将所形成的SU8阵列式反应池以及光纤面板放入烘箱中进行坚模，烘箱温度 为 80°C，持续 l_1.5h; (8) 镀膜:将SU8阵列式反应池池壁镀上30-90nm的反射薄膜。2. 如权利要求1所述的SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，镀膜步骤所述反 射膜的材料为金、银、铝、铜中的一种。3. 如权利要求2所述的SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，镀膜步骤所述反 射膜的材料为铝。4. 如权利要求3任一项所述的SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，所述反射 膜厚度为40-55nm〇5. 如权利要求1-4任一项中所述的SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，所述 反射薄膜的镀膜方式是蒸镀。6. 如权利要求5所述的SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，所述蒸镀是在10 -6-l(T8Pa的真空中完成。7. 如权利要求1-5任一项中所述的SU8阵列式微反应池的制备方法，其特征在于，在镀 膜步骤中SU8阵列式反应池以及光纤面板的温度为60-70°C。
【文档编号】G03F7/00GK105974730SQ201610432048
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】陈哲, 张睿, 王者馥, 王绪敏, 殷金龙, 任鲁风
【申请人】北京中科紫鑫科技有限责任公司