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深寬比不足的問題，在近紫外光（365nm-400nm）范圍內光吸收度很低，且整個光刻膠層所獲得的曝光量均勻一致，可得到具有垂直側壁和高深寬比的厚膜圖形；它還具有良好的力學性能、抗化學腐蝕性和熱穩(wěn)定性；在受到紫外輻射后發(fā)生交聯(lián)，是一種化學擴大負性膠，可以形成結構復雜的圖形；在電鍍時可以直接作為絕緣體使用。由于它具有較多優(yōu)點，SU -8膠正被逐漸應用于MEMS、芯片封裝和微加工等領域。直接采用SU -8光刻膠來制備深寬比高的微結構與微零件是微加工領域的一項新技術。

SU-8光刻膠以其優(yōu)異的機械性能、良好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性，具有自整平、對近紫外光敏感且吸收極小等優(yōu)點，在MEMS (micro (optical) electromechanical systems)制造和裝配方面表現(xiàn)出其他光刻膠無法比擬的制造和性勢。與硅或玻璃基底相比，金屬襯底上的SU-8工藝更有利于微細電鑄工藝。膠膜結構質量受光刻工藝，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鍵環(huán)節(jié)，對于微結構的顯影時間、攪拌方式等參數(shù)直接決定了圖形質量，尤其對整體質量影響較大。顯影時間一般由膠厚度確定，具體隨圖形形狀、深寬比、攪拌強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。當基片放人顯影液中，未曝光部分的光刻膠會被顯影液溶解。而曝光過的光刻膠已交聯(lián)形成網狀聚合物，因此顯影液對它基本沒有溶解作用，形成與掩模版相反的微結構圖形。SU-8膠結構與顯影條件和工藝參數(shù)密切相關，容易出現(xiàn)顯影不足、顯影過度、膠屑粘附等缺陷。解決問題的關鍵是改善顯影傳質條件，加快新鮮顯影液傳送到微結構底部和反應產物排出的速度。利用超聲或兆頻振動攪拌可以極大提高傳質速度和顯影質量闖，超聲產生的空化作用、微射流和機械沖刷等綜合作用可實現(xiàn)高效傳質，加快溶解過程。
 
 
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，將負光掩模與涂覆晶片接觸并將所得組件用來自汞燈的紫外輻射在劑量250mJ/cm2，下進行成像方式曝光。然后，通過在95攝氏度下加熱曝光晶片10分鐘而進行熱處理，或曝光后烘烤。浮雕圖像隨后通過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，勻膠轉速控制為:700r/min,5 s;按400r/min加速度增加轉速到2000r/min，并保持15s，按500 r/min的加速度使轉速降為零。在恒溫對流烘箱中進行前后烘。顯影裝置由超聲清洗設備改造而成，振動頻率33 kHz,超聲功率0-100W可調。采用可視化工具測量顯微鏡和掃描電鏡觀測膠膜圖形質量。顯影時影響線寬控制的主要因素是顯影時間。對于SU-8膠，顯影時間越長，光刻膠的膨脹程度越嚴重，線寬的變化越大。因此，顯影應合理選擇一組既能保證顯影充分，又不致于使線寬變化過大的顯影參數(shù)，對于微結構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雜，傳統(tǒng)深寬比的概念難以描述膠膜微結構的顯影特性。
 
按最終膠膜圖形特征，可以將其細分為:凹(陰)型和凸(陽)型結構特征;連通型與非連通型圖形;根據(jù)圖形形狀分為曲線型、直線型、點狀圖形;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，凸型結構容易出現(xiàn)坍塌。由于不同類型圖形在顯影過程中與顯影液接觸方式的不同將導致膠膜溶解速度產生差異，從而影響微結構的質量。
 
深寬比為5-7的曲線型、直線型、點狀圖形顯影的難度應該漸次增大，原因是膠膜與顯影液接觸的面積逐漸變小。點狀圖形屬于非連通型，所需要的時間明顯高于其他兩種圖形。當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間分別為:13, 16, 24 min。而對于凸結構，同樣條件下只需要8min即可完全顯影，遠低于凹型圖形。可見，凸型圖形的顯影難度遠低于凹型;連通型圖形顯影時間低于非連通型圖形;曲線型圖形顯影難度低于直線圖形。