1、芯片陽模的制作

 在制作芯片陽膜之前，提前要做好掩膜版（Mask），主要作用是在后續(xù)光刻工藝中遮擋特定區(qū)域，從而將設(shè)計的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。具體過程為：首先用L-Edit /CAD軟件對所設(shè)計的芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行版圖繪制，并保存為 DXF 格式文件。將版圖文件交由制版公司進(jìn)行打印，打印機將芯片微通道圖形打印到透明塑料薄膜上。塑料薄膜材料為菲林，其中打印機用的是比利時BARCO 公司的 Silver Writer 8850 光繪機。由于后續(xù)實驗用到的光刻膠為 SU-8 GM1050 負(fù)性光刻膠，因此打印的反性掩膜版上透明區(qū)域為微通道部分，不透明區(qū)域為非通道部分，具體如圖 1所示。

掩膜版制作完成后，接下來開始進(jìn)行芯片陽膜的制作，主要是利用光刻技術(shù)將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到一定厚度的 SU-8 光刻膠的硅片上。圖形轉(zhuǎn)移的過程一般包含以下幾個步驟：預(yù)處理、勻膠、前烘、曝光、后烘、顯影和堅膜，主要的工藝流程如圖 2 所示。本文的陽膜是在超凈間內(nèi)制作完成，其中所用的主要設(shè)備是勻膠機，曝光機 ，以及可編程熱板 PHP-8 等，設(shè)備如圖 3 所示。

（1）預(yù)處理：首先將 NH4OH/H2O2/H2O（氫氧化銨/過氧化氫/去離子水）按照 1:1:5 的配比進(jìn)行混合，然后將 4 寸硅片浸泡于該混合液中，接著將其放置于80°C 的熱板上烘烤 20min。浸泡完畢后用去離子水對硅片進(jìn)行反復(fù)沖洗，并用氮氣槍吹干。該步驟的目的是去除硅片表面雜質(zhì)顆粒，使得硅片表面和 SU-8 光刻膠之間粘附的更好。

 （2）甩膠：將預(yù)處理后的硅片固定在勻膠機內(nèi)的托盤上，保證硅片位于托盤的正中央。本實驗中用到的 100μm 厚的 SU-8 光刻膠，需要將勻膠機設(shè)置的參數(shù)為：前轉(zhuǎn) 10s，轉(zhuǎn)速 600rpm；等待 1min；后轉(zhuǎn) 40s，轉(zhuǎn)速 1000rpm。參數(shù)設(shè)置好后，將適量 SU-8 光刻膠倒在硅片中心，開啟機器。

 （3）前烘：將勻膠后的襯底片放置在溫度為 65°C 的熱板上，保持 5min；接著將熱板溫度設(shè)置為 95°C，保持 10min；然后將熱板溫度再降到 65°C，保持5min，最后降至室溫。該步驟目的是使 SU-8 光刻膠中的溶劑蒸發(fā)去除，使得硅片上光刻膠的有更好的均勻性。

 （4）紫外曝光：將冷卻后的襯底片放置在曝光機下，接著把準(zhǔn)備好的反性掩膜版放置于基片上，100μm 厚度的 SU-8 光刻膠需要的曝光劑量為 3.6m W/cm2，曝光時間 35s。 

（5）后烘：將曝光后的襯底片放置于 65°C 的熱板上，保持 2min；接著把熱板溫度調(diào)至 95°C，保持 8min，最后降至室溫。 

（6）顯影：將襯底片分別放置于丙二醇甲醚醋酸酯與異丙醇溶液中進(jìn)行各15s 的循環(huán)顯影，直至沒有白色析出物出現(xiàn)，最后用氮氣槍吹干。 

（7）堅膜：將顯影后的襯底片放置于 150°C 的真空干燥箱內(nèi)靜置 10min，蒸發(fā)掉存留的 SU-8 光刻膠溶劑，并使襯底片上的 SU-8 光刻膠與硅片之間的粘附更加牢固。至此完成芯片陽模的制備，如圖 4所示。

2、PDMS 基片的制作

芯片的陽模制作完成后，接下來要利用模塑法制作帶有微通道的彈性 PDMS基片。模塑法的主要原理是將 PDMS 澆注在模具上后進(jìn)行固化，然后將剝離下來的 PDMS 基片與玻璃鍵合后形成微流控芯片。本文用的 PDMS 材料是購于美國道康寧公司，型號是 SYLGARD184，等離子清洗機購于美國 HARRICK 公司，型號為 PDC-002。具體制作流程如圖 5所示。

（1）浸泡脫模劑：將芯片的陽模放在提前準(zhǔn)備好的脫模劑溶液中浸泡 15 分

鐘，然后將其放入培養(yǎng)皿后，置于 80°C 的烘箱中進(jìn)行烘干。由于培養(yǎng)皿的材料為塑料，烘箱的溫度不可太高。

 （2）PDMS 預(yù)聚體配置：將塑料杯置于電子秤上，電子秤去皮清零。向塑料杯中倒入一定質(zhì)量的PDMS試劑，按照PDMS的試劑質(zhì)量計算固化劑的質(zhì)量，電子秤再次去皮清零，用另一干凈滴管滴定 1/10 質(zhì)量的固化劑到塑料杯中。PDMS 和固化劑混合后，采用攪拌棒充分?jǐn)嚢?10 分鐘，使塑料杯中形成均勻分布的小氣泡。

 （3）PDMS 預(yù)聚體抽真空處理：將分布有均勻小氣泡的 PDMS 預(yù)聚體置于

真空干燥鍋中，慢速抽真空，直至小氣泡均被排出，在抽真空過程中若出現(xiàn)試劑漫出塑料杯邊沿的情況，則需要多次關(guān)斷真空泵，避免試劑漫出容器。

 （4）PDMS 預(yù)聚體澆注：將模具水平放置于塑料培養(yǎng)皿中，然后將配置好

的 PDMS 預(yù)聚體倒入塑料培養(yǎng)皿中。在倒的過程中，需要從陽模的中間開始倒，此時的 PDMS 預(yù)聚體會逐漸向周圍擴散，直到 PDMS 預(yù)聚體完全覆蓋陽模，并有一定的高度。由于在 PDMS 澆注過程中還會產(chǎn)生少量的氣泡，此時要再次重復(fù)步驟（3）。

 （5）PDMS 預(yù)聚體固化：待氣泡完全消失后，將塑料培養(yǎng)皿放置于 75°C

烘箱中，使 PDMS 預(yù)聚體在烘箱中靜置 3 個小時。待 PDMS 預(yù)聚體固化聚合后，將其從烘箱中取出。

 （6）PDMS 預(yù)聚體脫模：用小刀沿壓印陽模邊緣切割 PDMS 固化膜，將陽模連同其上方覆蓋的 PDMS 固化膜一同取下，之后再將膜與陽模輕輕分離。脫模時要盡量沿著流道方向進(jìn)行，這樣可以避免流道邊緣產(chǎn)生破裂的風(fēng)險。

 （7）PDMS 基片打孔：用孔徑為 1mm 的打孔器在微流道的入液口和出液口位置打穿通孔，打孔時盡量使打孔器與 PDMS 基片垂直，這樣打出來的通孔是垂直的，方便之后實驗的操作。

 （8）PDMS 基片清洗與鍵合：將壓印有微流道結(jié)構(gòu)，同時制備有入液/出液孔的 PDMS 基片與鍵合所需的玻璃基底放入無水乙醇試劑中超聲清洗 10 分鐘，取出后放入烘箱中進(jìn)行烘干。烘干后取出，將 PDMS 基片微流道面朝上，與玻璃蓋片一起放入氧等離子體清洗機中轟擊 15s。將取出來 PDMS 基片和玻璃基底對準(zhǔn)后貼合在一起，并用鑷子輕輕按壓 PDMS 基片表面，完成 PDMS 與玻璃的不可逆封接。鍵合后將其在 65°C 的真空干燥箱內(nèi)放置 30min，最終完成倍比稀釋微流控芯片的制備，如圖 6 所示。將制備完成的芯片放置于顯微鏡下進(jìn)行觀察，檢查芯片結(jié)構(gòu)是否完整，圖 7 給出了該芯片部分重點結(jié)構(gòu)的局部放大圖。

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