一种用于转移器官芯片中多孔PDMS薄膜的方法与流程

本发明涉及微加工技术领域，尤其是涉及一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法。

背景技术：

人体器官芯片如肺器官芯片模型，主要包含上下层通道模块以及中间夹杂一层pdms多孔薄膜。可用于在体外模拟与人体相关的组织和器官微环境中的细胞行为，对于人类生理病理学研究具有十分重要的意义。因此对于该器官芯片的模型研究就显得十分重要，而其中中间层pdms薄膜成功的转移至上层通道就是难点之一。

对于pdms薄膜的转移主要有两种方式，可分为无牺牲层和有牺牲层。无牺牲层主要是通过先将pdms薄膜的衬底，一般为pdms块进行硅烷化处理，然后将薄膜与上层通道牢牢键合。键合后用镊子等工具将pdms薄膜的衬底揭下来。该方法操作复杂且成功率低。有牺牲层方式需要附加牺牲层材料辅助转移，其中有直接利用光刻胶做牺牲层进行pdms薄膜的转移，但该方法需要将pdms放在丙酮中长时间浸泡，这会使得pdms发生形变，且光刻胶一般会有很多残留。还有利用paa(聚丙烯酸)一种水溶性材料作牺牲层实现转移，此方法虽然可以无残留的转移薄膜，但由于其是水溶性材料，使得pdms薄膜在前期图形化制备通孔时不能浸泡在水溶液中，这大大增加了实验难度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法，本发明的方法光刻胶无残留并且pdms无形变。

本发明提供了一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法，包括：

a)在衬底上旋涂光刻胶，再对光刻胶进行曝光处理；

b)对曝光后的光刻胶进行表面氧等离子处理，再其上旋涂pdms薄膜，固化；

c)将所述固化后的pdms薄膜光刻图形化；

d)将图形化后的pdms薄膜与器官芯片上层通道键合，将键合后的组合模块置于显影液中超声，即可将pdms薄膜转移至器官芯片的上层通道。

优选的，步骤a)所述曝光为采用紫外光泛曝光；所述曝光时间为8～9s；所述曝光剂量为19.5mj/cm²，所述光刻机为sussma6。

优选的，步骤a)所述光刻胶包括s1813。

优选的，步骤a)所述衬底为硅片衬底。

优选的，步骤a)所述旋涂的参数为3000rpm,40s；所述旋涂后还包括烘烤固化；所述烘烤温度为110～115℃；所述固化时间为80～90s。

优选的，步骤b)所述表面氧等离子处理具体为：所述氧气流量为30sccm，射频功率为30w，表面处理时间为2～4min。

优选的，步骤b)所述旋涂pdms薄膜的厚度为4～10μm；步骤b)所述固化为烘烤固化，所述烘烤温度为120～150℃；所述固化时间为25～40min。

优选的，步骤c)所述图形化具体为：

a)将先利用rie对pdms表面进行氧等离子体处理；

b)在pdms表面沉积铝膜；

c)在铝膜表面再次旋涂光刻胶，烘烤，光刻图形化，得到图形化光刻胶；

d)以图形化光刻胶为模板，采用电感耦合等离子体刻蚀铝掩膜；

e)以刻蚀后的铝掩膜为模板，采用rie刻蚀pdms，再利用湿法腐蚀液将铝掩膜去除，即可得到具有图形化结构的pdms薄膜。

优选的，所述d)所述显影液包括az300mif。

优选的，所述d)所述超声时间为5～10min。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法，包括：a)在衬底上旋涂光刻胶，再对光刻胶进行曝光处理；b)对曝光后的光刻胶进行表面氧等离子处理，在其上旋涂pdms薄膜，固化；c)将所述固化后的pdms薄膜光刻图形化；d)将图形化后的pdms薄膜与器官芯片上层通道键合，将键合后的组合模块置于显影液中超声，即可将pdms薄膜转移至器官芯片的上层通道。本发明利用泛曝光过后的光刻胶做牺牲层进行pdms薄膜的转移，使得pdms薄膜在与器官芯片上层通道键合后，可在显影液(az300mif)中充分溶解光刻胶，从而实现薄膜的转移。不用丙酮有机溶剂浸泡的方式，此方法避免了pdms在丙酮中长期浸泡发生形变的问题，而且无光刻胶残留。本方法与常规半导体加工工艺相兼容，操作步骤简单，可重复性好。

附图说明

图1湿法去除al掩膜后的pdms通孔薄膜；

图2转移到上层通道的中间薄膜；

图3是本发明转移器官芯片中多孔pdms薄膜方法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明提供了一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法，包括：

a)在衬底上旋涂光刻胶，再对光刻胶进行曝光处理；

b)对曝光后的光刻胶进行表面氧等离子处理，在其上旋涂pdms薄膜，固化；

c)将所述固化后的pdms薄膜光刻图形化；

d)将图形化后的pdms薄膜与器官芯片上层通道键合，将键合后的组合模块置于显影液中超声，即可将pdms薄膜转移至器官芯片的上层通道。

本发明提供的一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法首先在衬底上旋涂光刻胶。

本发明所述衬底包括但不限于硅衬底；本发明所述光刻胶包括但不限于s1813。所述旋涂的参数为3000rpm,40s。

旋涂之后烘烤固化；所述烘烤温度优选为110～115℃；所述固化时间为80～90s。

再对光刻胶进行曝光处理。

本发明所述曝光处理优选具体为：利用紫外光刻sussma6进行泛曝光，即可得到充分断链的光刻胶。所述曝光时间为8～9s；所述曝光剂量为19.5mj/cm²，所述光刻机为sussma6。

曝光可使光刻胶充分发生断链反应。

对曝光后的光刻胶进行表面氧等离子处理；优选为利用去胶机进行表面o2等离子体处理。

按照本发明，所述表面氧等离子处理具体为：所述氧气流量为30sccm，射频功率为30w，表面处理时间为2～4min。

本发明上述等离子处理以便于后面pdms的均匀涂覆。

本发明表面氧等离子体处理可以用去胶机处理也可用rie(反应离子刻蚀)处理，处理时间2min即可。在氧等离子体处理后的光刻胶表面旋涂pdms可增加pdms薄膜的均匀性。

而后再其上旋涂pdms薄膜，固化。

其中，所述旋涂pdms薄膜的厚度为4～10μm；所述固化为烘烤固化，所述烘烤温度为120～150℃；所述固化时间为25～40min。

将所述固化后的pdms薄膜光刻图形化。

在本发明中，所述图形化具体为：

a)将先利用rie对pdms表面进行氧等离子体处理；

b)在pdms表面沉积铝膜；

c)在铝膜表面再次旋涂光刻胶，烘烤，光刻图形化，得到图形化光刻胶；

d)以图形化光刻胶为模板，采用电感耦合等离子体刻蚀铝掩膜；

e)以刻蚀后的铝掩膜为模板，采用rie刻蚀pdms，再利用湿法腐蚀液将铝掩膜去除，即可得到具有图形化结构的pdms薄膜。

本发明所述图形化首先利用rie对pdms表面进行氧等离子体处理。

所述氧等离子处理的参数为：o2流量30sccm,射频功率200w,处理时间为2min。

而后在pdms表面沉积铝膜；即为利用ebeam在pdms表面沉积铝膜,厚度为300nm。

在铝膜表面再次旋涂光刻胶，烘烤，光刻图形化，得到图形化光刻胶。

在铝膜表面再次旋涂光刻胶s1813，3000rpm,40s，65℃烘烤90s。然后光刻图形化；本发明其中一个优选方式为图形化出圆孔阵列；曝光时间为7.5s，显影液为az300mif，显影时间50s。

以图形化光刻胶为模板，采用电感耦合等离子体刻蚀铝掩膜；

利用电感耦合等离子体(icp180)刻蚀铝掩膜，工艺气体为cl2:10sccm，hbr:10sccm,bcl3:30sccm,刻蚀速率4.45nm/min，

以刻蚀后的铝掩膜为模板，采用rie刻蚀pdms，

再用rie刻蚀pdms,工艺气体为o2：18sccm，cf4：50sccm，刻蚀速率0.25um/min。

再利用湿法腐蚀液将铝掩膜去除，即可得到具有图形化结构的pdms薄膜。

再利用湿法腐蚀液将铝掩膜去除，腐蚀液为磷酸：85ml，硝酸：25ml，乙酸10ml，即可得到具有通孔结构的pdms薄膜。薄膜表面紧致干净，不会发生褶皱现象，如图1所示。图1湿法去除al掩膜后的pdms通孔薄膜；

将图形化后的pdms薄膜与器官芯片上层通道键合，将键合后的组合模块置于显影液中超声，即可将pdms薄膜转移至器官芯片的上层通道。

本发明键合方法是利用等离子体清洗机对pdms薄膜和上通道表面进行氧等离子体处理后快速键合，具体要求能够使薄膜紧致平整得粘在上层通道。

本发明将pdms通孔薄膜与上层通道键合后放至显影液中超声，即可将pdms薄膜完整的转移至上层通道且无光刻胶残留。转移结果如图2所示。

图2转移到上层通道的中间薄膜；

按照本发明，本发明所述键合设备为等离子体清洗机，o2表面等离子体处理时间为20s；所述显影液包括az300mif。所述超声时间为5～10min。

图3是本发明转移器官芯片中多孔pdms薄膜方法的工艺流程图。

本发明pdms薄膜与上层通道键合前需要将其表面在等离子清洗机中先进行表面处理，且要求键合前的pdms表面足够平整。故采用泛曝光过后的s1813作牺牲层既能够保证pdms薄膜表面在键合前保持平整又能够在显影液中充分溶解，同时保证了pdms不发生形变。

本发明提供了光刻胶作为牺牲层的另一工艺路线，且光刻胶在微加工行业属于常规材料，易于获取和研究。此方法为其他工艺路线既需要牺牲层辅助工艺，又有与器官芯片制备类似的约束条件时(例如paa作牺牲层时和水溶液不兼容)提供了新的途径。

本发明提供了一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法，包括：a)在衬底上旋涂光刻胶，再对光刻胶进行曝光处理；b)对曝光后的光刻胶进行表面氧等离子处理，再其上旋涂pdms薄膜，固化；c)将所述固化后的pdms薄膜光刻图形化；d)将图形化后的pdms薄膜与器官芯片上层通道键合，将键合后的组合模块置于显影液中超声，即可将pdms薄膜转移至器官芯片的上层通道。本发明利用泛曝光过后的光刻胶做牺牲层进行pdms薄膜的转移，使得pdms薄膜在与器官芯片上层通道键合后，可在显影液(az300mif)中充分溶解光刻胶，从而实现薄膜的转移。不用丙酮有机溶剂浸泡的方式，此方法避免了pdms在丙酮中长期浸泡发生形变的问题，而且无光刻胶残留。本方法与常规半导体加工工艺相兼容，操作步骤简单，可重复性好。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种用于转移器官芯片中多孔pdms薄膜的方法进行详细描述。

实施例1

首先在硅片衬底上旋涂光刻胶s1813，参数为3000rpm,40s。然后将其在115℃下烘烤固化时间为90s。然后利用紫外光刻sussma6进行泛曝光，曝光时间要比平时多1-2s,本设备曝光9s即可得到充分断链的光刻胶。

将光刻胶利用去胶机进行表面o2等离子体处理，o2流量为30sccm,射频功率为30w,表面处理时间为2min，然后旋涂pdms薄膜5μm，120℃40min烘烤固化。然后利用微加工工艺将pdms薄膜光刻图形化成通孔结构。

图形化流程为：先利用rie对pdms表面进行氧等离子体处理，参数为o2流量30sccm,射频功率200w,处理时间为2min。然后利用ebeam在pdms表面沉积铝膜,厚度为300nm.然后在铝膜表面再次旋涂光刻胶s1813，3000rpm,40s，65℃烘烤90s。然后光刻图形化出圆孔阵列，曝光时间为7.5s，显影液为az300mif，显影时间50s。然后利用电感耦合等离子体(icp180)刻蚀铝掩膜，工艺气体为cl2:10sccm，hbr:10sccm,bcl3:30sccm,刻蚀速率4.45nm/min，再用rie刻蚀pdms,工艺气体为o2：18sccm，cf4：50sccm，刻蚀速率0.25um/min。然后再利用湿法腐蚀液将铝掩膜去除，腐蚀液为磷酸：85ml，硝酸：25ml，乙酸10ml，即可得到具有通孔结构的pdms薄膜。薄膜表面紧致干净，不会发生褶皱现象，如图1所示。

最后将pdms通孔薄膜与上层通道键合后放至显影液中超声10min左右，即可将pdms薄膜完整的转移至上层通道且无光刻胶残留。转移结果如图2所示。键合设备为等离子体清洗机，o2表面等离子体处理时间为20s。最终转移后的pdms薄膜平整地结合在上层通道表面，薄膜表面紧致且无塌陷。

实施例2

首先在硅片衬底上旋涂光刻胶s1813，参数为3000rpm,40s。然后将其在115℃下烘烤固化时间为90s。然后利用紫外光刻sussma6进行泛曝光，曝光时间要比平时多1-2s,本设备曝光9s即可得到充分断链的光刻胶。

将光刻胶利用去胶机进行表面o2等离子体处理，o2流量为30sccm,射频功率为30w,表面处理时间为2min，然后旋涂pdms薄膜10μm，120℃40min烘烤固化。然后利用微加工工艺将pdms薄膜光刻图形化成通孔结构。

图形化流程为：先利用rie对pdms表面进行氧等离子体处理，参数为o2流量30sccm,射频功率200w,处理时间为2min。然后利用ebeam在pdms表面沉积铝膜,厚度为300nm.然后在铝膜表面再次旋涂光刻胶s1813，3000rpm,40s，65℃烘烤90s。然后光刻图形化出圆孔阵列，曝光时间为7.5s，显影液为az300mif，显影时间50s。然后利用电感耦合等离子体(icp180)刻蚀铝掩膜，工艺气体为cl2:10sccm，hbr:10sccm,bcl3:30sccm,刻蚀速率4.45nm/min，再用rie刻蚀pdms,工艺气体为o2：18sccm，cf4：50sccm，刻蚀速率0.25um/min。然后再利用湿法腐蚀液将铝掩膜去除，腐蚀液为磷酸：85ml，硝酸：25ml，乙酸10ml，即可得到具有通孔结构的pdms薄膜。薄膜表面紧致干净，不会发生褶皱现象。

最后将pdms通孔薄膜与上层通道键合后放至显影液中超声10min左右，即可将pdms薄膜完整的转移至上层通道且无光刻胶残留。键合设备为等离子体清洗机，o2表面等离子体处理时间为20s。最终转移后的pdms薄膜；最终转移后的pdms薄膜平整地结合在上层通道表面，薄膜表面紧致且无塌陷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。