SU-8光刻膠起源、曝光、特性

本文介紹了SU-8光刻膠的起源、曝光過程、材料特性和加工方法。

SU-8光刻膠具有良好的光學(xué)特性（透明），優(yōu)異的生物相容性，因此被廣泛的應(yīng)用在MEMS領(lǐng)域，例如光波導(dǎo)、微透鏡、光學(xué)陣列等光學(xué)器件，微流控芯片、微電機(jī)陣列、高通量分析生物醫(yī)學(xué)器件，微型機(jī)械臂、微型傳感器等微機(jī)械系統(tǒng)?？赡苡泻芏嘈』锇槎己芎闷鍿U-8到底是什么，它憑什么可以做這么多事情，本文將帶你詳細(xì)了解。

一、起源

SU-8是由IBM公司開發(fā)的并擁有該項(xiàng)專利(美國專利號(hào)4882245)。原配方組成成分有EPON SU-8樹脂(來源于 ShellChemicals)、丁內(nèi)酯(GBL)溶劑和作為光敏劑的三芳基锍鹽(重量比5%-10%)。由于該每個(gè)單體有8個(gè)活性基環(huán)，故起名為SU-8，也正因?yàn)槠涓吖δ芏忍岣吡思庸さ撵`敏度。隨后SU-8推出了一些其他溶劑配方，包括甲基異丁基酮(MIBK)和丙二醇醚醋酸酯(PGMEA)等。1996年，MicroChem公司(Newton,NA)為商業(yè)化的SU-8提供了生產(chǎn)線NANOTMXPSU-8，即隨后出現(xiàn)的SU-8 2000和SU-8 3000生產(chǎn)線。這些新配方解決了原配方中遇到的一些涂覆和粘附的問題。例如，根據(jù)MicroChem，SU-8 2000是用環(huán)戊酮(CHO)溶劑制定的，提供了良好的涂層和粘附性能。

圖 SU-8分子結(jié)構(gòu) 二、曝光過程

在紫外光照射下，三芳基碘鹽光敏劑被激活，釋放活性碘離子。這些活性碘離子與SU-8光刻膠中的丙烯酸酯單體反應(yīng)，引發(fā)單體之間的交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致SU-8光刻膠在曝光區(qū)域形成凝膠化的圖案。

三、材料特性

SU-8是一種負(fù)性、抗近紫外線和熱固性的聚合物。其高固體含量（重量比72%-85%）使得通過單次旋涂結(jié)構(gòu)厚度即可達(dá)幾百微米，經(jīng)多次旋涂甚至可達(dá)幾毫米。在365nm的近紫外光譜中，吸光度約為46%，可用于制備側(cè)壁基本無傾斜的結(jié)構(gòu)。此外，由于其樹脂芳香族的性質(zhì)及高度交聯(lián)，SU-8具有出色的熱和化學(xué)穩(wěn)定性、高機(jī)械強(qiáng)度，可用于平坦化的化學(xué)機(jī)械拋光。

四、加工方法

1、光刻：制備掩膜版、旋涂光刻膠，采用常規(guī)365nm的波長(zhǎng)曝光。可通過添加抗反射涂層到襯底上減少不必要的反射，以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的特征尺寸控制，同樣地，SU-8也可以通過結(jié)合紫外線光刻技術(shù)和立體光刻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)SU-8三維結(jié)構(gòu)的制造。

2、去除：可采用熱NMP、硫酸/過氧化氫或?qū)ｉT的去除劑（如NANOTM Remover PG）等去除。

3、釋放：通過薄犧牲層（如鋁、鈦、銅）控制SU-8的釋放。

4、鍵合：SU-8可用作粘合劑，將個(gè)別樣品、芯片和圓片鍵合在一起，也可與環(huán)氧樹脂、PMMA、BCB光刻膠等實(shí)現(xiàn)鍵合。

5、轉(zhuǎn)移：將釋放下來的 SU-8微結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)印。

6、刻蝕掩膜：具有出色的耐化學(xué)性，耐氫氟酸和等離子體刻蝕。

審核編輯：黃飛