Design und Entwicklung eines dreidimensional gedruckten Mikroskopmasken-Alignment-Adapters für die Herstellung von mehrschichtigen mikrofluidischen Geräten

Dieses Protokoll ist von Bedeutung, da es die Generierung einer kostengünstigen und einfach zu bedienenden Plattform ermöglicht, die bei der Herstellung präziser mehrschichtiger mikrofluidischer Master-Formen hilft. Der Hauptvorteil der Technik besteht darin, dass nur die Verwendung der 3D-gedruckten Plattform und der Standardlaborgeräte erforderlich ist, die üblicherweise in Labors zur Herstellung mikrofluidischer Geräte zu finden sind. Die visuelle Demonstration dieses Protokolls ist entscheidend, um zu demonstrieren, wie der 3D-gedruckte Mikroskopmaskenausrichtungsadapter angepasst und verwendet wird.

Erhalten Sie die Abmessungen des Trays des verfügbaren UV-Lichtemissionssystems als obere Grenze für die Abmessungen des Waferhalters. Messen Sie den Durchmesser des inneren kreisförmigen Randes, die innere Höhe der UV-Lichtemissions-Systemwanne, die Gesamtbreite und Länge der Schale. Wenden Sie diese Abmessungen mithilfe einer Computerdesignanwendung an, um den Waferhalter so anzupassen, dass er in die Taskleiste des UV-Lichtemissionssystems passt.

Messen Sie die Länge zwischen den Schrauben und die Breite der Schrauben auf dem verfügbaren aufrechten Mikroskopstand, der den Objektträgerhalter an Ort und Stelle hält. Wenden Sie diese Abmessungen mithilfe einer Computerdesignanwendung an, um den Magnethalter an das verfügbare Mikroskop anzupassen, um eine einfache und präzise Fixierung des MMAA am Mikroskop zu ermöglichen. Verwenden Sie einen Vier-Zoll-Siliziumwafer mit geeignetem Fotolack, um die erste Schicht der Master-Form zu erstellen, um sicherzustellen, dass die Dicke größer ist als die nachfolgenden Schichten, um die Ausrichtungsmarkierungen leicht zu identifizieren.

Verwenden Sie einen hellen Markerstift, um die Ausrichtungsmarkierungen der ersten Ebene auf allen vier Seiten einzufärben. Initiieren Sie die zweite Schicht der Masterform, indem Sie den Fotolack auf die Waffel aufspinnen und das Softbacken durchführen. Setzen Sie den beschichteten Wafer in den Waferhalter der MMAA ein und befestigen Sie den beschichteten Wafer mit Klebeband an der MMAA.

Befestigen Sie den Waferhalter mit dem Magnetmikroskopverschluss am verfügbaren aufrechten Mikroskop. Bewegen Sie die Position des MMAA mit den X- und Y-Richtungsknöpfen des Mikroskopetappens, bis einer der farbigen Ausrichtungsmarker auf dem Wafer durch die Mikroskoplinse sichtbar ist. Entfernen Sie den Waferhalter aus dem Mikroskopstand und führen Sie die Fotomaske der zweiten Schicht in den Waferhalter auf dem beschichteten Wafer ein.

Stellen Sie sicher, dass die farbigen Ausrichtungsmarkierungen der ersten Ebene teilweise durch die Ausrichtungsmarkierungen auf der Fotomaske sichtbar sind und dass die gerade Kante der Fotomaske mit der geraden Kante des Siliziumwafers überlagert ist. Befestigen Sie den Waferhalter wieder auf dem Mikroskopstand und befestigen Sie die Fotomaske an einem Scherenlift durch einen der seitlichen Ausschnitte mit Klebeband. Verwenden Sie den Scherenlift, um die Z-Richtungsposition der Fotomaske einzustellen, bis sie direkt über dem beschichteten Wafer liegt.

Während Sie die Fotomaske still halten, schauen Sie durch die Mikroskoplinse und identifizieren Sie die farbigen Ausrichtungsmarker der ersten Ebene unter den Ausrichtungsmarkern der Fotomaske mit den X- und Y-Richtungsknöpfen der Mikroskopstufe, um die Position der MMAA zu verschieben. Passen Sie die Position der MMAA an, bis die Ausrichtungsmarkierung auf der Fotomaske mit der farbigen Ausrichtungsmarkierung auf der ersten Ebene überlagert ist. Tragen Sie vorsichtig eine leichte Kraft auf die Fotomaske auf und verwenden Sie Klebeband, um die Fotomaske auf dem beschichteten Wafer zu befestigen.

Trennen Sie die Fotomaske von der Scherenhebebühne und stellen Sie sicher, dass alle vier Ausrichtungsmarkierungen auf der Fotomaske mit den vier Ausrichtungsmarkierungen auf der ersten Ebene ausgerichtet sind. Nach der Ausrichtung, entfernen Sie den Waferhalter vorsichtig vom Mikroskopstand. Setzen Sie die Glasoberplatte auf den Wafer und die Fotomaske ein, um den Abstand zwischen den beiden Teilen zu verringern.

Legen Sie den gesamten Waferhalter in das verfügbare UV-Licht-Belichtungssystem und belichten Sie die zweite Schicht. Entfernen Sie den Waferhalter aus dem UV-Lichtbelichtungssystem, entfernen Sie dann den beschichteten Wafer aus dem Waferhalter und lösen Sie die Fotomaske vom Wafer. Schließen Sie das Nachbacken und die Entwicklung der zweiten Schicht gemäß den Anweisungen des Fotowiderstandsherstellers ab.

Holen Sie die Masterform und legen Sie sie auf die Bühne des aufrechten Mikroskops, um den Spaltabstand zwischen der ersten und der zweiten Schicht zu bestimmen. Messen Sie den Abstand, um den die zweite Schicht von der ersten Schicht auf den Mikrokanalstrukturen verschoben und falsch ausgerichtet wird. Verwenden Sie das aufrechte Mikroskop, um festzustellen, ob der PDMS-Chip Gerade mit klaren Gerätekanten Kanalwände enthält.

Überprüfen Sie außerdem den PDMS-Chip auf mögliche Defekte, die die Gerätefunktionalität behindern können. Durch die Optimierung und den Einsatz der MMAA wurden mehrschichtige Masterformen mit minimalem Ausrichtungsfehler hergestellt. Dieses System und das beschriebene Protokoll wurden für die Ausrichtung der Marker auf der Fotomaske mit den Markern auf der Ausgangsschicht der Master-Form verwendet.

Die doppellagige SU-8-Masterform für ein mikrofluidisches Gerät mit Fischgrätenmuster wurde hergestellt und hat nachweislich einen Spaltabstand von weniger als fünf Mikrometern zwischen den beiden Schichten. Die zweischichtige Masterform wurde dann zur Herstellung von PDMS-Mikrochips verwendet. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass das mikrofluidische Gerät mit dem Fischgrätenmuster klare Kanten, gerade Kanalwände und gut ausgerichtete Schichten enthält, die für die ordnungsgemäße Gerätefunktionalität unerlässlich sind.

Darüber hinaus wurde eine vierschichtige Masterform mit einfachen kreisförmigen Merkmalen unter Verwendung der MMAA erstellt, um die erfolgreiche Ausrichtung einer mehrschichtigen Masterform zu zeigen. Profilometerdaten bestätigen die vier verschiedenen Schichten der Masterform. Es ist wichtig, Geduld zu haben und langsam zu arbeiten, wenn Sie die Ausrichtungsmarkierungen der ersten und zweiten Schicht ausrichten und die Fotomaske auf dem beschichteten Wafer fixieren.

Dieses Verfahren kann für die Herstellung vieler verschiedener mehrschichtiger Master-Formen verwendet werden, so dass Forscher aus kleineren Labors komplexere mikrofluidische Gerätedesigns untersuchen können.