Tips:汶顥提供微流控芯片模具及軟光刻相關(guān)設(shè)備，如勻膠機(jī)（又叫旋涂機(jī)等）、烘膠臺(tái)、SU-8系列光刻膠及顯影液產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)輸出服務(wù)。

在軟光刻技術(shù)中，通常用SU-8模具復(fù)制PDMS微流體結(jié)構(gòu)芯片。為了制造這種SU-8母版，通常使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝。因此，第一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是在硅晶片上應(yīng)用SU-8光刻膠層，如圖1所示。

用于制作SU-8主模具的光刻標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議：首先必須在硅晶圓上沉積一層薄的SU-8層

SU-8涂層是影響光刻工藝后續(xù)步驟的關(guān)鍵步驟。事實(shí)上，SU-8膜的均勻性和平滑度（例如，氣泡的存在）的任何變化將導(dǎo)致烘烤期間的非均勻加熱和/或不均勻暴露于UV光。因此，SU-8膜的區(qū)域可以以不同的速率聚合。這篇簡(jiǎn)短的教程旨在提供一些關(guān)于為了在晶圓表面均勻涂布SU-8而必須遵循的設(shè)備和方案的見解。

軟光刻SU-8涂層：旋涂或噴涂？

光刻膠可以通過(guò)不同的技術(shù)（如光刻膠電沉積）應(yīng)用于晶圓上。然而，本教程僅考慮在制造微流控芯片期間用SU-8涂覆晶片的兩種最主要的方法。

旋涂：基礎(chǔ)

旋涂工藝用  旋涂機(jī)完成（見圖2a）。圖2b說(shuō)明了旋涂工藝的原理。待涂覆的基底位于可以高速（例如2000-8000rpm）旋轉(zhuǎn)的卡盤上。使用真空線以便將晶片牢固地保持在適當(dāng)位置。將SU-8輕輕沉積在晶片的中心，以覆蓋晶片表面的2/3左右。當(dāng)晶片加速時(shí)，離心力會(huì)使光致抗蝕劑擴(kuò)散到晶片的邊緣; 在其表面留下薄膜。

旋轉(zhuǎn)涂抹機(jī)的照片

旋涂工藝的例子

噴涂：基礎(chǔ)知識(shí)

圖3a顯示了噴涂單元的一個(gè)例子。噴霧系統(tǒng)通常包括產(chǎn)生微米級(jí)液滴分布的噴嘴。類似于旋涂機(jī)，待涂布的晶片通過(guò)真空系統(tǒng)保持在卡盤上。在噴涂過(guò)程中，晶片以較低的角速度（30-60rpm）旋轉(zhuǎn)，同時(shí)噴涂單元的旋轉(zhuǎn)臂移過(guò)晶片（見圖3b）。

顯示晶片卡盤（1），帶噴頭（2）的旋轉(zhuǎn)臂和光刻膠注射泵（3）[2]的噴涂裝置的照片。

旋涂工藝的例子

盡管該過(guò)程可以通過(guò)如圖3a所示的單元實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但可以注意到，噴涂也可以使用便攜式自攜噴霧罐以成本有效的方式手動(dòng)執(zhí)行。

用于手動(dòng)噴涂的氣溶膠噴霧罐的例子

旋涂與噴涂：比較

旋涂具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，它是一種非常成熟和強(qiáng)大的技術(shù)。從而可以實(shí)現(xiàn)出色的結(jié)果。具有各種粘度的SU-8光刻膠可以直接與旋涂工藝一起使用?？梢愿叨染鶆虻孬@得大范圍的厚膜（從超薄層到數(shù)百微米厚的層）。而且，旋涂提供了良好的重復(fù)性。盡管如此，旋涂也有一些限制。特別是，旋涂?jī)H在平面晶圓上提供良好的結(jié)果。另外，由于在紡絲過(guò)程中大部分光致抗蝕劑（> 95％）從基材上被拋出，所以旋涂會(huì)產(chǎn)生大量的廢料。

對(duì)于噴涂而言，由于光致抗蝕劑液滴應(yīng)該留在它們沉積的地方，所以在噴涂過(guò)程中浪費(fèi)的SU-8的量可以顯著低于旋涂的量。此外，噴涂的一個(gè)有趣的優(yōu)點(diǎn)是它可以用于非平坦或有紋理的晶圓（例如，帶有孔，條紋等的晶圓）。盡管如此，為了獲得合適的光刻膠尺寸分布，通常需要低粘度溶液[5]。這意味著必須用溶劑稀釋SU-8光刻膠以獲得良好的覆蓋性能。噴涂的其他限制與其無(wú)法像旋涂一樣精確地控制沉積膜的厚度。同樣，噴涂通常導(dǎo)致沉積層的涂層均勻性更加不規(guī)則。

用9μmSU-8薄膜的氣溶膠噴霧罐得到的涂層均勻性實(shí)例

基于軟光刻技術(shù)的微流控芯片的制造通常涉及具有平坦表面的晶圓。因此，旋涂絕對(duì)是最普遍的方法，并且被一致地選擇用于微流控  相關(guān)的作品。這就是為什么本教程的其余部分將專注于旋涂。

SU-8旋涂：如何將均勻的SU-8膜用于微流控模具？

盡管其表面簡(jiǎn)單，但旋涂工藝的物理學(xué)可能被認(rèn)為是相當(dāng)復(fù)雜的。實(shí)際上，由晶片的角速度引起的光致抗蝕劑的徑向流動(dòng)實(shí)際上結(jié)合到溶劑蒸發(fā)和干燥效應(yīng)。此外，旋轉(zhuǎn)晶圓周圍的環(huán)境條件（溫度，來(lái)自罩子的空氣流量，濕度等）可能會(huì)影響工藝。

盡管如此，在制造微流體模具期間，所使用的商業(yè)旋涂機(jī)是封閉的碗，其使對(duì)不希望的氣流，濕度變化和其他環(huán)境條件的易感性最小化。今天也承認(rèn)最初沉積在晶圓上的SU-8的數(shù)量，沉積的速率，最終加速之前的旋轉(zhuǎn)加速歷史和總旋轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)有限的或沒(méi)有影響[7]。因此，只有兩個(gè)參數(shù)會(huì)顯著影響旋涂過(guò)程的最終結(jié)果：旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)加速度。

商業(yè)旋涂機(jī)允許準(zhǔn)確設(shè)置這兩個(gè)參數(shù)。圖6顯示了旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)的基本程序。

用于編程旋涂機(jī)的基本速度曲線的例子

在圖6中，必須準(zhǔn)確控制朝向主旋轉(zhuǎn)速度的第一個(gè)加速斜坡。事實(shí)上，光刻膠開始從工藝的第一部分開始干燥，并且在最初的幾秒鐘內(nèi)高達(dá)50％的溶劑可能會(huì)損失。由于這種加速度提供了扭轉(zhuǎn)力，它將有助于SU-8在晶圓上的快速和正確的分散。通常，加速斜坡從100 rpm / s設(shè)置為300 rpm / s。

旋轉(zhuǎn)速度然后影響施加到光致抗蝕劑的離心力的量。這種高速通常限定最終的膜厚度。后者大約隨旋轉(zhuǎn)速度的平方根（單位為rpm）而減小，如圖7所示。

作為不同SU-8配方的旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)的膜厚度

各種膜厚度和SU-8配方的加速和旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置示例