CN102311094A - 大面积且尺寸可控的基于su-8光刻胶的纳米流体通道制作方法 - Google Patents

大面积且尺寸可控的基于su-8光刻胶的纳米流体通道制作方法 Download PDF

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李小军
王旭迪
陈勇
邱克强
金建
付绍军
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Abstract

本发明公开一种大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，首先在石英片表面或者玻璃表面旋涂SU-8光刻胶，经烘烤形成石英基底或者玻璃基底，然后利用纳米压印方法将压印模板的结构复制到流体通道基底上，再以一定的θ角将二氧化硅沉积到流体通道基地上，当二氧化硅达到一定厚度，可以实现纳米流体通道的封闭，即实现大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作。本发明方法相比于硅及其化合物材料，实现了制作材料的拓展，并且实现成本的降低和制作效率的提高；相比于聚合物材料，实现了通道尺寸的控制，从而有了制作方法的更新。

Description

大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法
技术领域
本发明涉及基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，更具体地说是一种大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法。
背景技术
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，它一股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。
目前加工制作纳米流体通道的常用方法主要是电子束光刻或者聚焦粒子束刻蚀技术获得纳米通道的沟槽结构，利用牺牲层或者键合技术来实现纳米通道的键合密封，尽管这一方法可以实现纳米通道尺寸的精确控制，但是电子束或者聚焦粒子束加工时间长，加工的面积也不过微米量级，加工成本高。而材料的选择也限制为硅及其化合物，键合过程需要高温高压，条件苛刻，无疑增加了成本和周期，不利于其向器件化方向发展。近年来也出现了利用聚合物材料进行纳米压印并结合热键和技术制作纳米流体通道，但是这一方法无法实现聚合物通道尺寸的精确控制，从而无法向批量化、器件化方向发展。
发明内容
本发明的目的是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，相比于硅及其化合物材料，实现了制作材料的拓展，并且实现成本的降低和制作效率的提高；相比于聚合物材料，实现了通道尺寸的控制，从而有了制作方法的更新。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，按如下步骤操作：
a、在石英片表面或者玻璃表面旋涂SU-8光刻胶1，经烘烤形成石英基底2或者玻璃基底21；
b、在具有光栅线条的压印模板3，线条高度为h，在压印模板3的表面旋涂脱模剂后层压在所述石英基底2或者玻璃基底21上，预热使所述石英基底2或者玻璃基底21表面的SU-8光刻胶1软化，向所述压印模板3施加压印压力，使所述压印模板3压入软化的SU-8光刻胶1，保持压印压力20分钟后自然冷却，得到压印模板3、石英基底2以及SU-8光刻胶1的结合体，或得到压印模板3、玻璃基底21以及SU-8光刻胶1的结合体；
c、对所述结合体中的SU-8光刻胶1通过透光的石英基底2或者玻璃基底21进行紫外曝光，曝光后经烘烤使SU-8光刻胶1固化，同时，压印模板3上的光栅结构复制在所述SU-8光刻胶1上；经自然冷却后重新分离为压印模板3和表面粘附有SU-8光刻胶1的石英基底2，或经自然冷却后重新分离为压印模板3和表面粘附有SU-8光刻胶1的玻璃基底21；
d、对SU-8光刻胶1以一定角度θ的沉积二氧化硅4，当二氧化硅4的沉积厚度大于h/cosθ时，通道会封闭，此时通道的宽度w与二氧化硅的沉积角度有简单的数量关系w＝h*tan(θ)，改变二氧化硅的沉积角度θ，可以实现对通道宽度w的控制，即完成大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作。
本发明大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法的特点也在于：
所述步骤b中的所述脱模剂为DC20。
所述步骤b中向压印模板3施加的压印压力是1Mpa到3Mpa。
所述步骤c中的SU-8光刻胶通过透光的石英基底或者玻璃基底进行紫外曝光，其曝光剂量为200mJ/cm2到500mJ/cm2。
所述步骤c中的紫外曝光光源的波长为280nm-400nm，曝光时间为1min-5min。
本发明与已有技术相比，其有益技术效果体现在：
1、相比于的传统利用硅及其化合物材料制作纳米通道，这一方法不需要高温高压即可以实现纳米通道尺寸的精确控制，从而实现了成本的降低和制作效率的提高。
2、传统方法利用聚合物材料制作纳米通道，通常使用热键和的方法，并不能实现了通道尺寸的控制精确控制，而使用薄膜沉积的方法，可以实现通道尺寸的控制，有了制作方法的更新。
附图说明：
图1-图3为本发明大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法流程示意图；
上述图中：图1-图3(A)-(E)分别表示：
图1-图3(A)为基片准备；
图1-图3(B)为纳米压印；
图1-图3(C)为脱模；
图1-图3(D)为薄膜沉积；
图1-图3(E)为通道形成；
图中：1为SU-8光刻胶；2为石英基底；21为玻璃基底；3为压印模板；4为二氧化硅；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当采用已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例1：
实施例1按以下过程进行：
1、在石英片表面旋涂SU-8光刻胶1，经烘烤形成石英基底2，如图1(A)所示；
2、在具有光栅线条的压印模板3，线条高度为h，在压印模板3的表面旋涂脱模剂后层压在所述石英基底2上，如图1(B)所示，预热使所述石英基底2表面的SU-8光刻胶1软化，向所述压印模板3施加1Mpa的压印压力，使所述压印模板3压入软化的SU-8光刻胶1，保持压印压力20分钟后自然冷却，得到压印模板3、石英基底2以及SU-8光刻胶1的结合体；
3、对所述结合体中的SU-8光刻胶1通过透光的石英基底2进行紫外曝光，曝光剂量为250mJ/cm2，曝光后经烘烤使SU-8光刻胶1固化，同时，压印模板3上的光栅结构复制在所述SU-8光刻胶1上；经自然冷却后重新分离为压印模板3和表面粘附有SU-8光刻胶1的石英基底2，如图1(C)所示；
4、对SU-8光刻胶1以一定角度θ的沉积二氧化硅4，如图1(D)所示，当二氧化硅4的沉积厚度大于h/cosθ时，通道会封闭，如图1(E)所示，此时通道的宽度w与二氧化硅的沉积角度有简单的数量关系w＝h*tan(θ)，改变二氧化硅的沉积角度θ，可以实现对通道宽度w的控制，即完成大面积尺寸可控的纳米流体通道制作方法；
实施例2：
在玻璃表面旋涂SU-8光刻胶1，经烘烤形成玻璃基底21，如图2(A)所示；
其他同具体实施方式1。
实施例3：
1、在石英片表面旋涂SU-8光刻胶1，经烘烤形成石英基底2，如图3(A)所示；
2、在具有光栅线条的压印模板3，线条高度为h1，在压印模板3的表面旋涂脱模剂后层压在所述石英基底2上，如图3(B)所示；
其他同具体实施方式1；
最后获得的是不同高度的纳米通道。
实施例4：
1、在石英片表面旋涂SU-8光刻胶1，经烘烤形成石英基底2，如图1(A)所示；
2、在具有光栅线条的压印模板3，线条高度为h，在压印模板3的表面旋涂脱模剂后层压在所述石英基底2上，如图1(B)所示，预热使所述石英基底2表面的SU-8光刻胶1软化，向所述压印模板3施加3Mpa的压印压力，使所述压印模板3压入软化的SU-8光刻胶1；
其他同具体实施方式1。
实施例5：
1、在石英片表面旋涂SU-8光刻胶1，经烘烤形成石英基底2，如图1(A)所示；
2、在具有光栅线条的压印模板3，线条高度为h，在压印模板3的表面旋涂脱模剂后层压在所述石英基底2上，如图1(B)所示，预热使所述石英基底2表面的SU-8光刻胶1软化，向所述压印模板3施加1Mpa的压印压力，使所述压印模板3压入软化的SU-8光刻胶1，保持压印压力30分钟后自然冷却，得到压印模板3、石英基底2以及SU-8光刻胶1的结合体；
其他同具体实施方式1。
实施例6：
1、在石英片表面旋涂SU-8光刻胶1，经烘烤形成石英基底2，如图1(A)所示；
2、在具有光栅线条的压印模板3，线条高度为h，在压印模板3的表面旋涂脱模剂后层压在所述石英基底2上，如图1(B)所示，预热使所述石英基底2表面的SU-8光刻胶1软化，向所述压印模板3施加1Mpa的压印压力，使所述压印模板3压入软化的SU-8光刻胶1，保持压印压力20分钟后自然冷却，得到压印模板3、石英基底2以及SU-8光刻胶1的结合体；
3、对所述结合体中的SU-8光刻胶1通过透光的石英基底2进行紫外曝光，曝光剂量为300mJ/cm2，曝光后经烘烤使SU-8光刻胶1固化；
其他同具体实施方式1；
最后分离获得的SU-8光刻胶4曝光剂量不同。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，其特征在于如下步骤操作：
a、在石英片表面或者玻璃表面旋涂SU-8光刻胶(1)，经烘烤形成石英基底(2)或者玻璃基底(21)；
b、在具有光栅线条的压印模板(3)，线条高度为h，在压印模板(3)的表面旋涂脱模剂后层压在所述石英基底(2)或者玻璃基底(21)上，预热使所述石英基底(2)或者玻璃基底(21)表面的SU-8光刻胶(1)软化，向所述压印模板(3)施加压印压力，使所述压印模板(3)压入软化的SU-8光刻胶(1)，保持压印压力20分钟后自然冷却，得到压印模板(3)、石英基底(2)以及SU-8光刻胶(1)的结合体，或得到压印模板(3)、玻璃基底(21)以及SU-8光刻胶(1)的结合体；
c、对所述结合体中的SU-8光刻胶(1)通过透光的石英基底(2)或者玻璃基底(21)进行紫外曝光，曝光后经烘烤使SU-8光刻胶(1)固化，同时，压印模板(3)上的光栅结构复制在所述SU-8光刻胶(1)上；经自然冷却后重新分离为压印模板(3)和表面粘附有SU-8光刻胶(1)的石英基底(2)，或经自然冷却后重新分离为压印模板(3)和表面粘附有SU-8光刻胶(1)的玻璃基底(21)；
d、对SU-8光刻胶(1)以一定角度θ的沉积二氧化硅(4)，当二氧化硅(4)的沉积厚度大于h/cosθ时，通道会封闭，此时通道的宽度w与二氧化硅的沉积角度有简单的数量关系w＝h*tan(θ)，改变二氧化硅的沉积角度θ，可以实现对通道宽度w的控制，即完成大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作。
2.根据权利要求1所述的大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，其特征是所述步骤b中的所述脱模剂为DC20。
3.根据权利要求1所述的大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，其特征是所述步骤b中向压印模板(3)施加的压印压力是1Mpa到3Mpa。
4.根据权利要求1所述的大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，其特征是所述步骤c中的SU-8光刻胶(1)通过透光的石英基底(2)或者玻璃基底(21)进行紫外曝光，其曝光剂量为200mJ/cm2到500mJ/cm2。
5.根据权利要求1所述的大面积且尺寸可控的基于SU-8光刻胶的纳米流体通道制作方法，其特征是所述步骤c中的紫外曝光光源的波长为280nm-400nm，曝光时间为1min-5min。
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