摘要：为了克服石英玻璃和Pyrex 7740玻璃制作微流管道价格昂贵、工艺流程复杂等缺点，利 用普通钠钙玻璃为基质、正光刻股AZ4620为掩膜牺牲层，提出了一种高效、快速、低成本的微流管 道制作方法。该方法优化了腐蚀工艺的关键参数，解决了光刻肢与玻璃的粘附性、光刻胶在腐蚀液 中的耐受时间等问题。试验腐蚀深度达到80 fxm，最小特征尺寸小于50 pm,微流管道侧壁陡直度 小于100。，底部平整度误差小于±1.5 Mm，制作周期仅需4 h左右。

 

关键词：微细加工；钠钙玻璃；微流管道；紫外厚肢光刻；温法腐蚀

 

1 引言

 

近年来,紫外厚胶光刻作为微器件制造的关键 工艺，已成为微系统制作研究领域的热点〔15]。基于 玻璃的微流管道制备在最近十几年得到广泛重 视[6]。目前，大多数研究基于石英玻璃和Pyrex 7740玻璃。相关工艺通常需要在其表面溅射金属 层或多晶硅、氮化硅层作为掩膜层[9]，工艺复杂、成 本昂贵，且刻蚀速率相对缓慢，必须经过长时间的刻 蚀，才能达到足够的深度[7]。近年来，有人开始尝试

利用廉价的钠钙玻璃，用光刻胶作掩膜层来制作微 流管道，以降低成本，但工艺不够成熟，光刻胶在腐 蚀液中不能达到足够的耐受时间，所腐蚀的结构深 度一般不超过30 fim[8]。

 

为了克服上述问题，本文优化了现有工艺，提出 一种适合量产的廉价、简易、快速的玻璃微流管道制 作方法。该方法采用普通显微载玻片作为基质，以 AZ 4620光刻胶作玻璃刻蚀的掩膜层，通过玻璃基 质表面清洗预处理、光刻胶旋涂、各阶段烘焙时间和 温度以及曝光显影量等关键工艺条件的优化控制， 增加了光刻胶与玻璃基质的粘附性，延长了光刻胶

 

掩膜层在玻璃腐蚀液（Buffered Oxide Etch, BOE) 中的耐受时间，使刻蚀后的微结构能获得足够深度。 通过对BOE稀释量、控制掺人盐酸比例和刻蚀环境 的控制,最大限度地提高了刻蚀速率，缩短了工艺周 期，并提高了表面光滑平整度。

 

2工艺流程

 

.钠韩玻璃(soda-lime glass)成分复杂，其主要成 分是 Si02，此外还包含 Na2 0，CaO, MgO, Fe2 03， A1203等，其化学式可表示为:Na20 • CaO • 6Si02o 杂质的存在大大加快了玻璃在腐蚀液中的腐蚀速 率％〗°]，因此，可以利用钠钙玻璃作为基质，快速制 作微流管道。本文制作微流管道的基质材料选用商 品化显微载玻片（76. 2 mmX 25. 4 mmX 1 mm,帆 船牌7101，钠钙玻璃）。工艺流程主要分4个步骤， 如图1所示。

 

图1钠钙玻璃微流管道厚胶湿法腐蚀工艺流程 Fig. 1 Thick photoresist wet etching process flow

 

1)完成玻璃基质的清洗干燥和匀胶。将购置 的载玻片表面进行抛光处理，用（h2 so4)： (H202) = 3:1的配比溶液浸泡15 min，置于浓硫 酸(120 X：)煮沸约10 min,取出后分别用无水乙醇 和丙酮清洗，迅速用去离子水冲洗5 min，氮气吹干 表面残余水分。用甩干机甩干后，将载玻片在氮气 保护下置于热烘箱内（150 D，随后旋涂正性光刻 胶 AZ 4620。

 

2)对光刻胶进行曝光显影。根据湿法腐蚀各向 同性的特点，理论上应将掩膜版图形边缘缩进与腐 蚀深度相同的尺寸，但实际腐蚀过程很少是完全各 向同性的。试验证明，在本文条件下，腐蚀80 am

深度的微流管道只需将掩膜版图形边缘向内双边缩 进约20 ym，腐蚀宽度与设计尺寸基本相符。

 

3)对显影后的微流管道图形进行坚膜、腐蚀。 注意，显影后将载玻片反面也匀胶，滴胶时用吸管侧 面，并将载玻片侧壁边缘也涂上适量光刻胶，将不需 要腐蚀的部分完全保护。

 

4)将腐蚀好的微流管道基片去胶清洗，检测合 格后备用。将坚膜后的载玻片刻有图形的一面朝下 (便于腐蚀产生的白色晶状沉淀物脱离接触面），放 人圆台形聚四氟乙烯烧杯内，载玻片恰好被烧杯内 壁卡住。当出现轻微脱胶时，光刻胶达到耐受极限， 迅速取出载玻片，使用丙酮去除胶层，使用浓硫酸、 无水乙醇试剂进行清洗，用去离子水冲净残液，烘干 待检。

 

3实验结果与讨论

3.1软烘温度时间的选取

 

本文对于厚胶的软烘采用低温、长时间、分段式 试验原则,在反复试验的基础上，进行工艺参数的优 化配置，经一级软烘（30。(350 X：，1020 min)后 进行二级软烘。总结了试验过程中几组具有代表性 的二级软烘试

 

图2不同软烘参数对比试验结果 Fig. 2 Soft-bake experiments using different parameters

 

结合试验结果分析，110 °c下软烘/耐受时间先 增后减，这是由于温度过高易造成胶面肌肤效应,阻 止胶层内部的溶剂挥发，降低了与玻璃的粘附 性[11«。80 °C下的软烘/耐受时间与60 X：相比，前 者较为理想。软烘时间应控制在4060 min,超过 60 min之后，软烘时间对耐受时间的影响有限。

 

3.2曝光显影参数的配合

 

使用紫外光强度为15. 7 mW/cm2的光刻机，对

步骤2: 曝光、后烘、显影

步骤3:坚膜、刻蚀

步骤4: 清洗、烘干、检测