专利名称：集成标尺的su-8纳米流体通道制作方法
技术领域：
本发明涉及SU-8纳米流体通道制作方法，尤其涉及一种集成标尺的SU-8纳米流 体通道制作方法。
技术背景
近年来，纳米流体通道相关的基础和技术应用研究成为引人注目的前沿领域，它 一般定义为流体流动的通道一维以上的截面处于数百到几纳米的尺寸范围。流体在其中传 输具有特异的性质，能使得主导宏观和微米量级流体传输和分子行为的许多物理化学性质 发生改变。基于此系统的研究不仅突破了传统理论的一些重要概念，而且一些深入研究的 成果在DNA分子的拉伸操纵、药物释放技术、电池技术、激光器等许多领域中有重大应用。 目前加工制作的微纳流体通道通常只是平行或者交错的通道结构，不包括标尺的部分，难 以对通道内微化学反应的颗粒尺寸的变化以及流体流动的速度进行测试和标定
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于热键合技术的集 成标尺的SU-8纳米流体通道的制作方法，实现器件功能的拓展和制作方法的更新，并且实 现成本的降低和制作效率的提高。
本发明所采用的技术方案一种集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，按如下步骤操作a、利用电子束方法制作包括光栅线条结构及数字标尺结构的光刻掩模板；b、在石英模板旋涂光刻胶，利用光学光刻法将光刻掩模板上的光栅线条结构及数字标 尺结构制作到光刻胶上，再通过反应离子刻蚀将光刻胶上的光栅线条结构及数字标尺结构 转移到石英模板上；C、在石英片表面旋涂SU-8光刻胶，经90°C烘烤形成石英基底；d、在石英模板的表面旋涂脱模剂后层压在石英基底上，90°C预热使石英基底表面的 SU-8光刻胶软化，向石英模板施加压印压力，使石英模板压入软化的SU-8光刻胶，90°C保 持压印压力20min后自然冷却，得到石英模板、石英基底及SU-8光刻胶的结合体；e、对结合体中的SU-8光刻胶通过透光的石英基底进行紫外曝光，将石英模板上的光 栅线条结构及数字标尺结构复制在SU-8光刻胶上，曝光后90°C烘烤IOmin使SU-8光刻胶 固化，经自然冷却后将石英模板与表面粘附有SU-8光刻胶的石英基底分离；f、在饱和聚酯(PET)片材的表面旋涂键合层SU-8光刻胶，90°C烘烤20min后对键合层 SU-8光刻胶进行紫外曝光，再次90°C烘烤IOmin使曝光后的键合层SU-8光刻胶固化，经自 然冷却得PET基片，将稀释SU-8光刻胶旋涂于固化的键合层SU-8光刻胶上；g、将步骤D制得的石英基底及SU-8光刻胶的结合体经氧气等离子体处理后层压在PET基片上，75°C预热IOmin后施加压印压力，使得稀释SU-8光刻胶将键合层SU-8光刻胶和石 英基底上SU-8光刻胶粘合，75°C保持压印压力20min后自然冷却，透过PET基片对石英基 底上的各SU-8光刻胶层进行紫外曝光，完成曝光后对包括有石英基底、各SU-8光刻胶层及 PET基片的层叠结构进行逐步升温烘烤，使各SU-8光刻胶层充分固化交联，去除PET基片， 即得集成标尺的SU-8纳米流体通道。
所述步骤b中所述光刻胶为AZ1350。
所述步骤c中烘烤时间为10_30min。
所述步骤d中脱模剂为DC20，预热时间为5_15min，压印压力为l_3Mpa。
所述步骤e中紫外曝光剂量为150_300mJ/cm2。
所述步骤f中紫外曝光剂量为100_150mJ/cm2，所述步骤f中稀释SU-8光刻胶为环戊酮与型号为2002的SU-8光刻胶按体积比 (40-20) 1混合制得，稀释SU-8光刻胶旋涂厚度为100_200nm。
所述步骤g中压印压力为O. 3-lMpa，紫外曝光剂量为150-300mJ/cm2。
所述步骤g中逐步升温烘烤起始温度为75°C，最高温度为90°C，升温速度为2V /mirio
本发明的有益效果本发明利用电子束曝光制作含有标尺及通道线条结构的光刻掩模板，并将上述掩模板 应用于SU-8纳米流体系统的加工中，利用纳米压印并结合键合技术实现集成标尺的纳米 流体通道的制作。该方法操作简单，集成标尺的纳米流体通道容易对通道内的物质尺寸及 流体运动速度进行标定，更好的观察通道内物质尺寸大小的变化及流动速度等特性，同时， 此方法制造成本低，且不需要苛刻的设备。对制作的纳米流体系统进行流体填充测试的结 果显示了系统没有分层和堵塞，通道的边界清晰可见，也看不出键合的界面，显示了很好的 质量。
图1为本发明的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作流程图；图2为本发明的掩模板示意图。
图1中1、掩模板，2、光刻胶，3、石英基板，4、SU-8光刻胶，5、石英基底，6、PET基 片，7、键合层SU-8光刻胶，8、稀释SU-8光刻胶，9、光栅线条结构，10、数字标尺结构。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
实施例一如图1和图2所示，集成标尺的SU-8纳米流体通道按如下步骤操作a、利用电子束方法制作包括光栅线条结构9及数字标尺结构10的光刻掩模板I。
b、在石英模板3旋涂AZ1350光刻胶2，如图2中A所示，利用光学光刻法将光刻掩 模板I上的光栅线条结构9及数字标尺结构10制作到光刻胶2上，如图2中B所示；再通过反应离子刻蚀将光刻胶2上的光栅线条结构及数字标尺结构转移到石英模板3上，形成 具有光栅线条结构及数字标尺结构的石英模板3，如图2中C所示。
C、将石英片以丙酮超声处理5min，去离子水冲淋并吹干后，130°C烘烤30min，自 然冷却；在石英片表面旋涂SU-8光刻胶4，经90°C烘烤15min形成石英基底5，如图2中D 所示；d、在石英模板3的表面旋涂DC20脱模剂后层压在石英基底5上，90°C预热IOmin使石 英基底5表面的SU-8光刻胶4软化，向石英模板3施加压印压力IMpa，使石英模板3压入 软化的SU-8光刻胶4，90°C保持压印压力20min后自然冷却，得到石英模板3、石英基底5 及SU-8光刻胶4的结合体，如图2中E所示；e、对结合体中的SU-8光刻胶4通过透光的石英基底5进行紫外曝光，曝光剂量为 200mJ/cm2，将石英模板3上的光栅线条结构及数字标尺结构复制在SU-8光刻胶4上，曝光 后90°C烘烤IOmin使SU-8光刻胶4固化，经自然冷却后将石英模板3与表面粘附有SU-8 光刻胶4的石英基底5分离，如图2中F所示；f、取PET片材，如图2中G所示，在PET片材的表面旋涂键合层SU-8光刻胶7，90°C烘烤 20min后，对键合层SU-8光刻胶7进行紫外曝光，曝光剂量为100mJ/cm2，90°C烘烤IOmin 使曝光后的键合层SU-8光刻胶7固化，经自然冷却得PET基片6，将环戊酮与型号为2002 的SU-8光刻胶按体积比30 :1混合制得的稀释SU-8光刻胶8，如图2中H所示，将稀释SU-8 光刻胶8旋涂于固化的键合层SU-8光刻胶7上，厚度为lOOnm，如图2中I所示；g、将步骤D制得的石英基底5及SU-8光刻胶4的结合体经氧气等离子体处理后层压在 PET基片6上，75°C预热IOmin后施加O. 4Mpa的压印压力，使得稀释SU-8光刻胶8将键合 层SU-8光刻胶7和石英基底5上SU-8光刻胶4粘合，75°C保持压印压力20min后自然冷 却，透过PET基片6对石英基底5上的各SU-8光刻胶层进行紫外曝光，曝光剂量为200mJ/ cm2,完成曝光后对包括有石英基底5、各SU-8光刻胶层及PET基片6的层叠结构进行逐步 升温烘烤，起始温度为75°C，最高温度为90°C，升温速度为2V /min,使各SU-8光刻胶层充 分固化交联，如图2中J所示，去除PET基片6，即完成SU-8纳米流体系统的制作，如图2中 K所示,制得集成标尺的SU-8纳米流体通道。
实施例二a、同实施例一；b、同实施例一；C、将石英片以丙酮超声处理5min，去离子水冲淋并吹干后，130°C烘烤30min，自然冷 却；在石英片表面旋涂SU-8光刻胶4，经90°C烘烤15min形成石英基底5，如图2中D所示；d、在石英模板3的表面旋涂DC20脱模剂后层压在石英基底5上，90°C预热5min使石 英基底5表面的SU-8光刻胶4软化，向石英模板3施加压印压力3Mpa，使石英模板3压入 软化的SU-8光刻胶4，90°C保持压印压力20min后自然冷却，得到石英模板3、石英基底5 及SU-8光刻胶4的结合体，如图2中E所示；e、对结合体中的SU-8光刻胶4通过透光的石英基底5进行紫外曝光，曝光剂量为 300mJ/cm2，将石英模板3上的光栅线条结构及数字标尺结构复制在SU-8光刻胶4上，曝光 后90°C烘烤IOmin使SU-8光刻胶4固化，经自然冷却后将石英模板3与表面粘附有SU-8光刻胶4的石英基底5分离，如图2中F所示；f、取PET片材，如图2中G所示，在PET片材的表面旋涂键合层SU-8光刻胶7，90°C烘 烤20min后，对键合层SU-8光刻胶7进行紫外曝光，曝光剂量为lOOmJ/cm2，90°C烘烤IOmin 使曝光后的键合层SU-8光刻胶7固化，经自然冷却得PET基片6，将环戊酮与型号为2002 的SU-8光刻胶按体积比40 :1混合制得的稀释SU-8光刻胶8，如图2中H所示，将稀释SU-8 光刻胶8旋涂于固化的键合层SU-8光刻胶7上，厚度为200nm，如图2中I所示；g、将步骤D制得的石英基底5及SU-8光刻胶4的结合体经氧气等离子体处理后层压在 PET基片6上，75°C预热IOmin后施加O. 3Mpa的压印压力，使得稀释SU-8光刻胶8将键合 层SU-8光刻胶7和石英基底5上SU-8光刻胶4粘合，75°C保持压印压力20min后自然冷 却，透过PET基片6对石英基底5上的各SU-8光刻胶层进行紫外曝光，曝光剂量为150mJ/ cm2,完成曝光后对包括有石英基底5、各SU-8光刻胶层及PET基片6的层叠结构进行逐步 升温烘烤，起始温度为75°C，最高温度为90°C，升温速度为2V /min,使各SU-8光刻胶层充 分固化交联，如图2中J所示，去除PET基片6，即完成SU-8纳米流体系统的制作，如图2中 K所示,制得集成标尺的SU-8纳米流体通道。
实施例三a、同实施例一；b、同实施例一；C、将石英片以丙酮超声处理5min，去离子水冲淋并吹干后，130°C烘烤lOmin，自然冷 却；在石英片表面旋涂SU-8光刻胶4，经90°C烘烤15min形成石英基底5，如图2中D所示；d、在石英模板3的表面旋涂DC20脱模剂后层压在石英基底5上，90°C预热15min使石 英基底5表面的SU-8光刻胶4软化，向石英模板3施加压印压力2Mpa，使石英模板3压入 软化的SU-8光刻胶4，90°C保持压印压力20min后自然冷却，得到石英模板3、石英基底5 及SU-8光刻胶4的结合体，如图2中E所示；e、对结合体中的SU-8光刻胶4通过透光的石英基底5进行紫外曝光，曝光剂量为 150mJ/cm2，将石英模板3上的光栅线条结构及数字标尺结构复制在SU-8光刻胶4上，曝光 后90°C烘烤IOmin使SU-8光刻胶4固化，经自然冷却后将石英模板3与表面粘附有SU-8 光刻胶4的石英基底5分离，如图2中F所示；f、取PET片材，如图2中G所示，在PET片材的表面旋涂键合层SU-8光刻胶7，90°C烘 烤20min后，对键合层SU-8光刻胶7进行紫外曝光，曝光剂量为lOOmJ/cm2，90°C烘烤IOmin 使曝光后的键合层SU-8光刻胶7固化，经自然冷却得PET基片6，将环戊酮与型号为2002 的SU-8光刻胶按体积比20 :1混合制得的稀释SU-8光刻胶8，如图2中H所示，将稀释SU-8 光刻胶8旋涂于固化的键合层SU-8光刻胶7上，厚度为100，如图2中I所示；g、将步骤D制得的石英基底5及SU-8光刻胶4的结合体经氧气等离子体处理后层压 在PET基片6上，75°C预热IOmin后施加IMpa的压印压力，使得稀释SU-8光刻胶8将键合 层SU-8光刻胶7和石英基底5上SU-8光刻胶4粘合，75°C保持压印压力20min后自然冷 却，透过PET基片6对石英基底5上的各SU-8光刻胶层进行紫外曝光，曝光剂量为300mJ/ cm2,完成曝光后对包括有石英基底5、各SU-8光刻胶层及PET基片6的层叠结构进行逐步 升温烘烤，起始温度为75°C，最高温度为90°C，升温速度为2V Mn,使各SU-8光刻胶层充分固化交联，如图2中J所示，去除PET基片6，即完成SU-8纳米流体系统的制作，如图2中 K所示,制得集成标尺的SU-8纳米流体通道。
权利要求
1.一种集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述集成标尺的SU-8 纳米流体通道按如下步骤操作a、利用电子束方法制作包括光栅线条结构及数字标尺结构的光刻掩模板；b、在石英模板旋涂光刻胶，利用光学光刻法将光刻掩模板上的光栅线条结构及数字标尺结构制作到光刻胶上，再通过反应离子刻蚀将光刻胶上的光栅线条结构及数字标尺结构转移到石英模板上；C、在石英片表面旋涂SU-8光刻胶，经90°C烘烤形成石英基底；d、在石英模板的表面旋涂脱模剂后层压在石英基底上，90°C预热使石英基底表面的 SU-8光刻胶软化，向石英模板施加压印压力，使石英模板压入软化的SU-8光刻胶，90°C保持压印压力20min后自然冷却，得到石英模板、石英基底及SU-8光刻胶的结合体；e、对结合体中的SU-8光刻胶通过透光的石英基底进行紫外曝光，将石英模板上的光栅线条结构及数字标尺结构复制在SU-8光刻胶上，曝光后90°C烘烤IOmin使SU-8光刻胶固化，经自然冷却后将石英模板与表面粘附有SU-8光刻胶的石英基底分离；f、在饱和聚酯(PET)片材的表面旋涂键合层SU-8光刻胶，90°C烘烤20min后对键合层 SU-8光刻胶进行紫外曝光，再次90°C烘烤IOmin使曝光后的键合层SU-8光刻胶固化，经自然冷却得PET基片，将稀释SU-8光刻胶旋涂于固化的键合层SU-8光刻胶上；g、将步骤d制得的石英基底及SU-8光刻胶的结合体经氧气等离子体处理后层压在 PET基片上，75°C预热IOmin后施加压印压力，使得稀释SU-8光刻胶将键合层SU-8光刻胶和石英基底上SU-8光刻胶粘合，75°C保持压印压力20min后自然冷却，透过PET基片对石英基底上的各SU-8光刻胶层进行紫外曝光，完成曝光后对包括有石英基底、各SU-8光刻胶层及PET基片的层叠结构进行逐步升温烘烤，使各SU-8光刻胶层充分固化交联，去除PET 基片，即得集成标尺的SU-8纳米流体通道。
2.根据权利要求1所述的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述步骤b中所述光刻胶为AZ1350。
3.根据权利要求1所述的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述步骤c中烘烤时间为10-30min。
4.根据权利要求1所述的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述步骤d中脱模剂为DC20，预热时间为5-15min，压印压力为l_3Mpa。
5.根据权利要求1所述的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述步骤e中紫外曝光剂量为150-300mJ/cm2。
6.根据权利要求1所述的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述步骤f中紫外曝光剂量为100-150mJ/cm2。
7.根据权利要求1所述的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述步骤f中稀释SU-8光刻胶8为环戊酮与型号为2002的SU-8光刻胶按体积比(40-20) 1 混合制得，稀释SU-8光刻胶旋涂厚度为100-200nm。
8.根据权利要求1所述的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述步骤g中压印压力为O. 3-lMpa，紫外曝光剂量为150-300mJ/cm2。
9.根据权利要求1所述的集成标尺的SU-8纳米流体通道制作方法，其特征在于所述步骤g中逐步升温烘烤起始温度为75°C，最高温度为90°C，升温速度为2V /min。
全文摘要
本发明涉及一种集成标尺的SU-8纳米流体通道的制作方法，其特征是利用电子束曝光制作含有标尺及通道线条结构的光刻掩模板，并将上述掩模板应用于SU-8纳米流体系统的加工中，利用纳米压印并结合键合技术实现集成标尺的纳米流体通道的制作。该方法操作简单，集成标尺的纳米流体通道容易对通道内的物质尺寸及流体运动速度进行标定，更好的观察通道内物质尺寸大小的变化及流动速度等特性，同时，此方法制造成本低，且不需要苛刻的设备。对制作的纳米流体系统进行流体填充测试的结果显示了系统没有分层和堵塞，通道的边界清晰可见，也看不出键合的界面，显示了很好的质量。
文档编号G03F7/00GK102998901SQ20121053467
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者李小军, 尤晖, 王旭迪, 付绍军, 高钧, 蒋锐, 朱利凯, 唐敏, 孔德义 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院