CN104597719A - 基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法，方法包括：在衬底的正面均匀旋涂正性光刻胶；利用目标图案的负性掩膜板对衬底的正性光刻胶进行曝光，显影后，得到图形化的光刻胶；在具有图形化的光刻胶的衬底上溅镀铬，形成均匀铬层图案；对铬层图案进行增粘剂六甲基二硅胺蒸镀，用以增强铬层图案与光刻胶的粘附性，并在铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶；利用铬层图案对衬底上的铬层图案上的光刻胶进行曝光，显影后，得到铬层图案的光刻胶；对铬层图案的光刻胶进行表面金属化；通过微电铸对金属化后的铬层图案的光刻胶进行金属镍阳模电铸，得到镍阳模具。本申请镍阳模具的制作工艺简便，去胶方便，同时避免了镍阳模具边缘翘起。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片制备领域，尤其涉及一种基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法。
背景技术
光刻技术广泛应用于微流控芯片的制备领域，光刻的质量直接影响到制备金属阳模及其微流控芯片的质量，优化调整光刻工艺与方法对提高产品质量起着至关重要的作用。因此优化调整光刻工艺对精确、快速制备微流控芯片显着尤为重要。厚光刻胶光刻技术由于光衍射等现象的存在，使光刻胶图案与衬底角度α不等于90°，如果光刻胶图案与衬底的角度α不大于90°时，光刻胶图案的侧壁很难或不能被表面金属化，产生不连续的金属薄膜，使得图案的底部与光刻胶表面不能顺畅的导电，进而达不到表面金属化的效果，或微电铸后得到的金属阳模的拔模角角度不小于90°，甚至影响后续的微电铸工艺，从而使得在注塑时样品产生边缘翘起等问题。
目前，SU8等负性光刻胶在聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)微流控芯片及其微流控芯片金属模具的制备领域中广泛应用，常常被用来进行厚胶光刻工艺，光刻胶图案与衬底的角度α不小于90°，但是SU8光刻胶存在光刻制备效率低、光刻胶应力大、去胶工艺难等问题，影响着微流控芯片的大批量生产与应用。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法，解决了光刻制备效率低、去胶工艺难，边缘翘起的问题。
为实现上述目的，本申请提供了一种基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法，所述方法包括：
在衬底的正面均匀旋涂正性光刻胶；
利用目标图案的负性掩膜板对所述衬底的正性光刻胶进行曝光，显影后，得到图形化的光刻胶；其中，在显影后，在所述曝光的光刻胶区域内露出所述衬底；
在具有所述图形化的光刻胶的所述衬底上溅镀铬，形成均匀铬层图案；
将所述衬底分别置于丙酮、酒精中超声清洗，用以去除所述图形化的光刻胶；
对所述铬层图案进行增粘剂六甲基二硅胺蒸镀，用以增强所述铬层图案与光刻胶的粘附性，并在所述铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶；
利用所述铬层图案对所述衬底上的所述铬层图案上的光刻胶进行曝光，显影后，得到铬层图案的光刻胶；
对所述铬层图案的光刻胶进行表面金属化；
通过微电铸对金属化后的所述铬层图案的光刻胶进行金属镍阳模电铸，得到镍阳模具。
优选地，所述曝光具体用于：将所述负性掩膜板上的目标图案复制到所述正性光刻胶上。
优选地，在所述得到图形化的光刻胶后，所述方法还包括：将具有所述图形化的光刻胶的所述衬底放入等离子清洗腔体，进行等离子清洗，用以去除显影区域光刻胶的底层。
优选地，其特征在于，在所述铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶之后，还包括：对所述铬层图案上均匀旋涂的正性光刻胶进行烘烤工艺。
优选地，所述铬层图案的光刻胶的侧壁与所述衬底之间的夹角角度不小于90度。
优选地，所述夹角角度通过所述曝光的时间来调整。
优选地，所述镍阳模具的拔模角不大于90度。
优选地，所述衬底为玻璃或石英材料。
本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法，利用目标图案的负性掩膜板对所述衬底的正性光刻胶进行曝光，显影后，得到图形化的光刻胶；在具有所述图形化的光刻胶的所述衬底上溅镀铬，形成均匀铬层图案；在所述铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶；利用所述铬层图案对所述衬底上的所述铬层图案上的光刻胶进行曝光，显影后，得到与上述铬层图案相同的光刻胶；对所述铬层图案的光刻胶进行表面金属化；铬层图案的光刻胶的侧壁与所述衬底之间的夹角角度不小于90度，使得金属化薄膜均匀一致且导电性能好。通过微电铸对金属化后的所述铬层图案的光刻胶进行金属镍阳模电铸，得到镍阳模具，镍阳模具的拔模角不大于90度,避免了镍阳模具边缘翘起。另外镍阳模具的制作工艺简便，去胶方便。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法流程图；
图2为本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法流程示意图；
图3为本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作场景示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。
下面以图1为例详细说明本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法，图1为本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法流程图；图2为本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法流程示意图；图3为本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作场景示意图。如图1、2和3所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101、在衬底的正面均匀旋涂正性光刻胶；
具体地，衬底可以为玻璃或石英材料。玻璃和石英有优良的光学性质，有利于使用不同的化学方法对其进行表面改性，使用光敏玻璃光刻和蚀刻技术可以将微通道直接加工在玻璃和石英上。
光刻胶是用光刻技术将掩模上的微结构精确转移到衬底的关键媒介。光刻胶有两种基本类型，一种是负性光刻胶，在曝光时发生交联反应形成较曝光前更难溶的聚合物，负光刻胶曝光部分显影后被固定而非曝光部分被洗掉；另一种是正性光刻胶，在曝光时聚合物发生键断裂分解而变得更容易溶解，正光胶的曝光部分则在显影后被洗掉，非曝光部分被固定。从而将光刻掩模上微流控芯片设计图案转移到光刻胶层上。正性光刻胶的特点是原本的光刻胶不能被某些溶剂溶解，当受适当波长光照射后发生光分解反应，切断树脂聚合体主链和从链之间的联系，使其变为可溶性物质。因此当用正胶光刻时，可在衬底表面得到与光刻版遮光图案完全相同的光刻胶图形，正性胶分辨率较高，对一些常用金属表面有较好粘附性。
具体过程是将衬底固定在旋转台上，衬底的正面朝上，用胶头滴管将正性光刻胶滴在衬底上，旋转台旋转进行甩胶，使得正性光刻胶均匀旋涂在衬底上。
步骤S102、利用目标图案的负性掩膜板对所述衬底的正性光刻胶进行曝光，显影后，得到图形化的光刻胶；其中，在显影后，在所述曝光的光刻胶区域内露出所述衬底；
负性掩膜板对于有图形的区域要曝光，对于没有图形的区域要透光。
所述曝光具体用于：将所述负性掩膜板上的目标图案复制到所述正性光刻胶上。
曝光可以是接触式曝光、接近式曝光或投影式曝光。对已涂敷正性光刻胶的衬底进行曝光，使曝光部分发生光化学反应并改变其在显影液中的溶解度，通过显影，在光刻胶上显现出与掩膜版相应的图形，得到图形化的光刻胶，在曝光的光刻胶区域内露出所述衬底，呈凹状，有图形的区域凹下去，没有图形的区域不变。
可选地，在所述得到图形化的光刻胶后，将具有所述图形化的光刻胶的所述衬底放入等离子清洗腔体，进行等离子清洗，用以去除显影区域光刻胶的底层。
底胶处理具体是去除用于屏蔽的光刻胶，得到所需要的光刻图形，并为下一工序提供一个洁净表面。有利于后续的在衬底上溅镀铬后，增强溅镀的铬层与衬底的粘附性。生产上常对底胶采用氧等离子去胶的处理，去胶主要控制射频功率、去胶时间、氧气压力等工艺参数。
步骤S103、在具有所述图形化的光刻胶的所述衬底上溅镀铬，形成均匀铬层图案；
借助磁控溅射的表面金属化手段，将具有图形化的光刻胶的所述衬底上均匀溅镀一层铬，铬的厚度为100nm左右。
步骤S104、将所述衬底分别置于丙酮、酒精中超声清洗，用以去除所述图形化的光刻胶；
具体地，在超声波容器里，将所述衬底分别置于丙酮、酒精中超声清洗，各清洗10min，用以去除所述图形化的光刻胶。
步骤S105、对所述铬层图案进行增粘剂六甲基二硅胺蒸镀，用以增强所述铬层图案与光刻胶的粘附性，并在所述铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶。
具体地，对衬底进行六甲基二硅胺(Hexamethyldisilazane，简称HMDS)蒸镀，HMDS蒸镀是利用惰性气体(例如氮气)带着HMDS的蒸汽通过衬底表面，在衬底表面形成一层薄膜，其目的在于：消除衬底表面的微量水分；防止空气中的水汽再次吸附于晶面；增加光阻剂(尤其是正光阻)对于晶面的附着能力，进而减少在之后的显影过程中产生掀起，或是在蚀刻时产生了从下部切开的现象。
可选地，在所述铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶之后，还对所述铬层图案上均匀旋涂的正性光刻胶进行烘烤工艺。
步骤S106、利用所述铬层图案对所述衬底上的所述铬层图案上的光刻胶进行曝光，显影后，得到铬层图案的光刻胶；
该步骤的具体过程与步骤102相同，在此不再赘述。
可选地，所述铬层图案的光刻胶的侧壁与所述衬底之间的夹角角度不小于90度。
可选地，所述夹角角度通过所述曝光的时间来调整。
例如，曝光时间长，铬层图案的光刻胶的侧壁与所述衬底之间的夹角角度大；曝光时间短，铬层图案的光刻胶的侧壁与所述衬底之间的夹角角度小。
步骤S107、对所述铬层图案的光刻胶进行表面金属化；
金属化是通过各种表面处理技术在非金属表面形成一层金属层的过程，从而赋予非金属材料新的性能。对非金属材料衬底的正面和背面进行表面金属化后，使得衬底具有耐磨、防腐等一些金属性能。
步骤S108、通过微电铸对金属化后的所述铬层图案的光刻胶进行金属镍阳模电铸，得到镍阳模具。
微电铸的阳极是纯镍板，在微电铸过程中金属镍原子在电压作用下失去电子，转化成镍离子进入电解液中。衬底表面的金属层作为导电层，镀有金属层的衬底作为阴极，电解液中的金属镍离子运动到阴极表面得到电子转化成镍原子，形成晶核并生长，晶粒堆积在金属化后的衬底表面。
将金属化后的衬底放置在电铸机罩，在一定的工艺参数条件下(矩形脉冲电源参数、电解液配方、电解液值、电解液温度、搅拌速度)通电沉积一段时间，在金属化后的衬底表面沉积一定厚度的镍金属层，得到镍阳模具。
可选地，镍阳模具的拔模角不大于90度。避免了注塑后图形边缘翘起的问题。
因此，本发明实施例提供的基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法，利用目标图案的负性掩膜板对所述衬底的正性光刻胶进行曝光，显影后，得到图形化的光刻胶；在具有所述图形化的光刻胶的所述衬底上溅镀铬，形成均匀铬层图案；在所述铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶；利用所述铬层图案对所述衬底上的所述铬层图案上的光刻胶进行曝光，显影后，得到铬层图案的光刻胶；对所述铬层图案的光刻胶进行表面金属化；铬层图案的光刻胶的侧壁与所述衬底之间的夹角角度不小于90度，使得金属化薄膜均匀一致且导电性能好。通过微电铸对金属化后的所述铬层图案的光刻胶进行金属镍阳模电铸，得到镍阳模具，镍阳模具的拔模角不大于90度,避免了镍阳模具边缘翘起。另外镍阳模具的制作工艺简便，去胶方便。
以上所述的具体实施方式，对本发明实施例的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本发明实施例的保护范围，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于正性光刻胶的镍阳模具制作方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底的正面均匀旋涂正性光刻胶；
利用目标图案的负性掩膜板对所述衬底的正性光刻胶进行曝光，显影后，得到图形化的光刻胶；其中，在显影后，在所述曝光的光刻胶区域内露出所述衬底；
在具有所述图形化的光刻胶的所述衬底上溅镀铬，形成均匀铬层图案；
将所述衬底分别置于丙酮、酒精中超声清洗，用以去除所述图形化的光刻胶；
对所述铬层图案进行增粘剂六甲基二硅胺蒸镀，用以增强所述铬层图案与光刻胶的粘附性，并在所述铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶；
利用所述铬层图案对所述衬底上的所述铬层图案上的光刻胶进行曝光，显影后，得到铬层图案的光刻胶；
对所述铬层图案的光刻胶进行表面金属化；
通过微电铸对金属化后的所述铬层图案的光刻胶进行金属镍阳模电铸，得到镍阳模具。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曝光具体用于：将所述负性掩膜板上的目标图案复制到所述正性光刻胶上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述得到图形化的光刻胶后，所述方法还包括：将具有所述图形化的光刻胶的所述衬底放入等离子清洗腔体，进行等离子清洗，用以去除显影区域光刻胶的底层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述铬层图案上均匀旋涂正性光刻胶之后，还包括：对所述铬层图案上均匀旋涂的正性光刻胶进行烘烤工艺。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铬层图案的光刻胶的侧壁与所述衬底之间的夹角角度不小于90度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述夹角角度通过所述曝光的时间来调整。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍阳模具的拔模角不大于90度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为玻璃或石英材料。
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