SU8光刻膠                                                                   SU8顯影液

SU-8光刻膠特性

SU-8克服了普通光刻膠采用UV深寬比不足的問(wèn)題，在近紫外光（365nm-400nm）范圍內(nèi)光吸收度很低，且整個(gè)光刻膠層所獲得的曝光量均勻一致，可得到具有垂直側(cè)壁和高深寬比的厚膜圖形；它還具有良好的力學(xué)性能、抗化學(xué)腐蝕性和熱穩(wěn)定性；在受到紫外輻射后發(fā)生交聯(lián)，是一種化學(xué)擴(kuò)大負(fù)性膠，可以形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的圖形；在電鍍時(shí)可以直接作為絕緣體使用。由于它具有較多優(yōu)點(diǎn)，SU -8膠正被逐漸應(yīng)用于MEMS、芯片封裝和微加工等領(lǐng)域。直接采用SU -8光刻膠來(lái)制備深寬比高的微結(jié)構(gòu)與微零件是微加工領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。

SU-8光刻膠以其優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性，具有自整平、對(duì)近紫外光敏感且吸收極小等優(yōu)點(diǎn)，在MEMS (micro (optical) electromechanical systems)制造和裝配方面表現(xiàn)出其他光刻膠無(wú)法比擬的制造和性勢(shì)。與硅或玻璃基底相比，金屬襯底上的SU-8工藝更有利于微細(xì)電鑄工藝。膠膜結(jié)構(gòu)質(zhì)量受光刻工藝，如基底前處理、勻膠、前后烘、曝光、顯影等環(huán)節(jié)影響，其中顯影操作是光刻圖形成形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于微結(jié)構(gòu)的顯影時(shí)間、攪拌方式等參數(shù)直接決定了圖形質(zhì)量，尤其對(duì)整體質(zhì)量影響較大。顯影時(shí)間一般由膠厚度確定，具體隨圖形形狀、深寬比、攪拌強(qiáng)度等因素不同而變化。
 
SU-8顯影液顯影原理

SU-8膠的顯影原理是在顯影液中溶解掉未曝光部分的光刻膠。當(dāng)基片放人顯影液中，未曝光部分的光刻膠會(huì)被顯影液溶解。而曝光過(guò)的光刻膠已交聯(lián)形成網(wǎng)狀聚合物，因此顯影液對(duì)它基本沒(méi)有溶解作用，形成與掩模版相反的微結(jié)構(gòu)圖形。SU-8膠結(jié)構(gòu)與顯影條件和工藝參數(shù)密切相關(guān)，容易出現(xiàn)顯影不足、顯影過(guò)度、膠屑粘附等缺陷。解決問(wèn)題的關(guān)鍵是改善顯影傳質(zhì)條件，加快新鮮顯影液傳送到微結(jié)構(gòu)底部和反應(yīng)產(chǎn)物排出的速度。利用超聲或兆頻振動(dòng)攪拌可以極大提高傳質(zhì)速度和顯影質(zhì)量闖，超聲產(chǎn)生的空化作用、微射流和機(jī)械沖刷等綜合作用可實(shí)現(xiàn)高效傳質(zhì)，加快溶解過(guò)程。
 
 
SU-8光刻膠的光刻工藝

將SU-8光刻膠組分旋涂在基材上，施涂厚度幾至幾百微米。涂覆晶片隨后在95攝氏度下干燥20分鐘并隨后冷卻至室溫。然后，將負(fù)光掩模與涂覆晶片接觸并將所得組件用來(lái)自汞燈的紫外輻射在劑量250mJ/cm2，下進(jìn)行成像方式曝光。然后，通過(guò)在95攝氏度下加熱曝光晶片10分鐘而進(jìn)行熱處理，或曝光后烘烤。浮雕圖像隨后通過(guò)將晶片在顯影液中浸漬10分鐘隨后用水漂洗和在空氣中干燥而顯影。

SU-8 系列光刻膠在不銹鋼基底的前處理、前烘、曝光劑量、后烘等工藝參數(shù)如下:控制膠厚在120-340 um，勻膠轉(zhuǎn)速控制為:700r/min,5 s;按400r/min加速度增加轉(zhuǎn)速到2000r/min，并保持15s，按500 r/min的加速度使轉(zhuǎn)速降為零。在恒溫對(duì)流烘箱中進(jìn)行前后烘。顯影裝置由超聲清洗設(shè)備改造而成，振動(dòng)頻率33 kHz,超聲功率0-100W可調(diào)。采用可視化工具測(cè)量顯微鏡和掃描電鏡觀測(cè)膠膜圖形質(zhì)量。顯影時(shí)影響線(xiàn)寬控制的主要因素是顯影時(shí)間。對(duì)于SU-8膠，顯影時(shí)間越長(zhǎng)，光刻膠的膨脹程度越嚴(yán)重，線(xiàn)寬的變化越大。因此，顯影應(yīng)合理選擇一組既能保證顯影充分，又不致于使線(xiàn)寬變化過(guò)大的顯影參數(shù)，對(duì)于微結(jié)構(gòu)陣列而言還必須注意圖形尺寸的一致性要求。由于光刻圖形形狀比較復(fù)雜，傳統(tǒng)深寬比的概念難以描述膠膜微結(jié)構(gòu)的顯影特性。
 
按最終膠膜圖形特征，可以將其細(xì)分為:凹(陰)型和凸(陽(yáng))型結(jié)構(gòu)特征;連通型與非連通型圖形;根據(jù)圖形形狀分為曲線(xiàn)型、直線(xiàn)型、點(diǎn)狀圖形;按膠膜局部特征分為尖角型與圓角型。通常，凹型難以徹底顯影，凸型結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)坍塌。由于不同類(lèi)型圖形在顯影過(guò)程中與顯影液接觸方式的不同將導(dǎo)致膠膜溶解速度產(chǎn)生差異，從而影響微結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
 
深寬比為5-7的曲線(xiàn)型、直線(xiàn)型、點(diǎn)狀圖形顯影的難度應(yīng)該漸次增大，原因是膠膜與顯影液接觸的面積逐漸變小。點(diǎn)狀圖形屬于非連通型，所需要的時(shí)間明顯高于其他兩種圖形。當(dāng)然顯影難度隨深寬比的增加而增大，但是不同圖形即使在深寬比相同的條件下，顯影的時(shí)間相差很大。在同樣攪拌條件下(超聲攪拌，功率15W，頻率為33kHz)做顯影操作，三種圖形完全顯清所需要的時(shí)間分別為:13, 16, 24 min。而對(duì)于凸結(jié)構(gòu)，同樣條件下只需要8min即可完全顯影，遠(yuǎn)低于凹型圖形。可見(jiàn)，凸型圖形的顯影難度遠(yuǎn)低于凹型;連通型圖形顯影時(shí)間低于非連通型圖形;曲線(xiàn)型圖形顯影難度低于直線(xiàn)圖形。