多層マイクロ流体デバイスの製造用三次元プリント顕微鏡マスクアライメントアダプターの設計と開発

このプロトコルは、正確な多層マイクロ流体マスター金型の製造を支援する費用対効果の高い、使いやすいプラットフォームの生成を可能にするので、重要です。この技術の主な利点は、マイクロ流体デバイスを製造する実験室で一般的に見られる3Dプリントプラットフォームと標準的な実験装置の使用のみを必要とすることです。このプロトコルの視覚的なデモンストレーションは、3D プリントされた顕微鏡マスクアライメントアダプタをカスタマイズして使用する方法を示すために重要です。

ウエハホルダーの寸法の上限となる利用可能なUV発光システムのトレイの寸法を取得します。内側の円形のリムの直径、UV発光システムトレイの内側の高さ、トレイの全幅と長さを測定します。コンピュータ設計アプリケーションを使用して、これらの寸法を適用して、UV発光システムトレイ内に収まるようにウェハホルダーをカスタマイズします。

スライドホルダを所定の位置に保持する使用可能な直立した顕微鏡ステージのねじとネジの幅の長さを測定します。コンピュータ設計アプリケーションを使用して、これらの寸法を適用して、利用可能な顕微鏡に合わせて磁気ホルダーをカスタマイズし、MMAAを顕微鏡に簡単かつ正確に固定できるようにします。適切なフォトレジストを使用して、マスターモールドの最初の層を作成し、整列マーカーを容易に識別できるように、厚さが後続の層よりも大きいことを確認します。

明るい色のマーカー ペンを使用して、4 つの側面すべてで最初のレイヤーの配置マーカーに色を付けます。フォトレジストメーカーの指示を使用して、フォトレジストをウエハーにスピンコーティングし、ソフトベークを行うことで、マスターモールドの第2層を開始します。コーティングされたウエハをMMAAのウェハホルダーに挿入し、テープを使用してコーティングされたウエハをMMAAに固定します。

磁気顕微鏡ファスナーを使用して、利用可能なアップリライト顕微鏡にウェハホルダーを取り付けます。ウエハの着色アライメントマーカーの1つが顕微鏡レンズを通して見えるまで、顕微鏡ステージのX方向およびY方向ノブを使用してMMAAの位置を移動します。顕微鏡ステージからウェハホルダを取り外し、2層目のフォトマスクを塗られたウエハーの上のウエハホルダーに挿入します。

最初のレイヤーの色付きアライメントマーカーがフォトマスクのアライメントマーカーを通して部分的に見ることができ、フォトマスクの直線エッジがシリコンウェーハの直線エッジに重ね合っていることを確認します。ウエハーホルダーを顕微鏡ステージに戻し、フォトマスクをサイド・カットアウトの1つを通してテープでハサミリフトに取り付けます。はさみリフトを使用して、被覆されたウェハのすぐ上に位置するまでフォトマスクのZ方向位置を調整します。

フォトマスクを静止したまま、顕微鏡レンズを見て、顕微鏡ステージのX方向とY方向ノブを使用して、フォトマスクの位置合わせマーカーの下にある最初の層の着色アライメントマーカーを識別し、MMAAの位置を移動します。1 つ目のレイヤーにカラーの配置マーカーが重なるまで、MMAA の位置を調整します。慎重にフォトマスクにわずかな力を適用し、コーティングされたウエハーの上に所定の位置にフォトマスクを固定するためにテープを使用しています。

フォトマスクをシザーリフトから取り外し、フォトマスク上の4つのアライメントマーカーすべてが、最初のレイヤーの4つのアライメントマーカーと一致していることを確認します。ポストアライメントは、顕微鏡ステージからウエハホルダーを慎重に取り外します。ウエハとフォトマスクの上にガラスの上板を挿入して、2つの部分の間のギャップを小さくします。

ウエハホルダー全体を利用可能なUV光露光システムに配置し、第2層の露光を行います。UV光露光システムからウエハホルダを取り外し、次にウェハホルダーから被覆されたウエハを取り外し、ウエハからフォトマスクを取り外します。ポストベークを完了し、フォトレジストメーカーの指示に従って第二層の開発を完了します。

マスターモールドを取り出し、直立した顕微鏡のステージに置いて、第1層と第2層の間のギャップ距離を決定します。マイクロチャネル構造上の第 1 層から第 2 層がシフトおよび位置合わせがずれる距離を測定します。直立顕微鏡を使用して、PDMS チップに、デバイスエッジがはっきりしたチャネルウォールが含まれているかどうかを確認します。

さらに、PDMS チップで、デバイスの機能を妨げる可能性のある欠陥がないか確認します。MMAAの最適化と使用により、最小のアライメントエラーを伴うマルチレイヤーマスター金型が製作されました。このシステムおよび記載されたプロトコルは、フォトマスク上のマーカーをマスターモールドの初期層上のマーカーと整列するために使用した。

ヘリンボーンパターンを有するマイクロ流体装置用の二重層SU-8マスターモールドを製造し、2つの層間の5マイクロメートル未満のギャップ距離を有することが示された。その後、2層マスターモールドを使用して、PDMSマイクロチップを製造しました。走査型電子顕微鏡画像は、ヘリンボーンパターンを持つマイクロ流体デバイスに、明確なエッジ、ストレートチャネル壁、および適切なデバイス機能に不可欠な良好な層が含まれていることを示しています。

さらに、単純な円形フィーチャを持つ 4 つのレイヤー マスター 金型は、マルチレイヤ マスタ 金型の配置をうまく示すために MMAA を使用して作成されました。プロフィロメータデータは、マスターモールドの4つの異なる層を確認します。第1層と第2層のアライメントマーカーを整列させ、フォトマスクをコーティングされたウェハーに固定する際に、忍耐と作業をゆっくりと行うことが重要です。

この手順は、多くの異なる多層マスター金型の製造に使用することができ、小規模なラボの研究者がより複雑なマイクロ流体デバイス設計を探求することができます。