用于多层微流控器件制备的三维打印显微镜掩模对准适配器的设计与开发

本方案具有重要意义，因为它能够生成一种经济高效且易于使用的平台，有助于制备精确的多层微流控母模。该技术的主要优势在于仅需使用3D打印平台和实验室中制备微流控器件常用的常规实验设备。本方案的可视化演示至关重要，可展示如何定制和使用3D打印的显微镜掩模对准适配器。

获取现有紫外光发射系统托盘的尺寸，作为晶圆 holder 尺寸的上限。测量内侧圆形边缘的直径、紫外光发射系统托盘的内部高度、托盘的总宽度和长度。使用计算机设计软件，根据这些尺寸定制晶圆 holder，使其能够适配紫外光发射系统的托盘。

测量现有直立式显微镜载物台上用于固定载玻片夹持器的螺丝之间的长度以及螺丝的宽度。使用计算机设计软件，根据这些尺寸定制磁性夹持器，使其适配现有的显微镜，从而实现MMAA与显微镜的便捷而精确的固定。采用一片四英寸的硅片，并涂覆合适的光刻胶，制作母模的第一层，确保该层厚度大于后续各层，以便于识别对准标记。

使用浅色记号笔在第一层对准标记的四个侧面进行着色。根据光刻胶制造商的说明，通过旋涂法将光刻胶涂覆在晶圆上并进行前烘，以制备母模的第二层。将涂覆好的晶圆插入MMAA的晶圆 holder 中，并使用胶带将涂覆好的晶圆固定在MMAA上。

使用磁性显微镜固定夹将晶圆 holder 固定到可用的直立显微镜上。通过调节显微镜载物台的 X 和 Y 方向旋钮，移动 MMAA 的位置，直至通过显微镜镜头可见晶圆上的一个彩色对准标记。将晶圆 holder 从显微镜载物台上取下，并将第二层光刻掩模插入涂覆过薄膜的晶圆上方的晶圆 holder 中。

确保第一层的彩色对准标记能够透过光刻掩模上的对准标记部分可见，并且光刻掩模的直边与硅片的直边完全重合。将样品台重新安装到显微镜载物台上，并通过一侧的切口用胶带将光刻掩模固定在剪式升降台上。使用剪式升降台调节光刻掩模在Z方向的位置，直至其恰好位于涂覆好的硅片正上方。

保持光刻掩模静止不动，通过显微镜镜头观察，并使用显微镜载物台的 X 和 Y 方向调节旋钮移动 MMAA 的位置，以识别位于光刻掩模对准标记下方的第一层彩色对准标记。调节 MMAA 的位置，直至光刻掩模上的对准标记与第一层上的彩色对准标记完全重合。小心施加轻微压力至光刻掩模，并用胶带将其固定在涂覆好的晶圆表面。

将光刻掩模从剪叉式升降台上取下，并确保光刻掩模上的四个对准标记与第一层上的四个对准标记完全对齐。对准后，小心地将晶圆 holder 从显微镜载物台上取下。将玻璃顶板放置在晶圆和光刻掩模的上方，以减小两者之间的间隙。

将整个晶圆 holder 放入现有的紫外光曝光系统中，对第二层进行曝光。从紫外光曝光系统中取出晶圆 holder，然后从晶圆 holder 上取下已涂覆的晶圆，并将光刻掩模从晶圆上剥离。按照光刻胶制造商的说明完成第二层的后烘烤和显影。

取出主模具，将其放置在直立显微镜的载物台上，以确定第一层与第二层之间的间隙距离。通过显微镜测量第二层相对于第一层在微通道结构上的偏移和错位距离。使用直立显微镜检查PDMS芯片的通道壁是否平直，器件边缘是否清晰。

此外，检查PDMS芯片是否存在任何可能影响器件功能的潜在缺陷。通过优化并使用MMAA，制备出具有最小对准误差的多层母模。该系统及所述方案用于将光刻掩模上的标记与母模初始层上的标记进行对准。

采用双层SU-8母模制备了具有鱼骨状结构的微流控器件，其两层之间的间隙距离小于五微米。随后利用该双层母模制备PDMS微芯片。扫描电子显微镜图像显示，具有鱼骨状结构的微流控器件具有清晰的边缘、笔直的通道壁以及良好对齐的层结构，这些特征对于器件的正常功能至关重要。

此外，使用MMAA制备了一个具有简单圆形特征的四层母模，以展示多层母模的成功对准。轮廓仪数据证实了该母模具有四个不同的层次。在对准第一层和第二层的对准标记以及将光刻掩模固定到涂覆晶圆的过程中，必须保持耐心并缓慢操作。

该方法可用于制备多种不同的多层主模具，使来自小型实验室的研究人员能够探索更复杂的微流控器件设计。