一种su8模具的制备方法
【专利摘要】本发涉及一种SU8模具的制备方法，包括以下步骤：匀胶；将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜；采用紫外光将覆盖有掩膜的SU8膜曝光；将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘；将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降至室温；显影；和将所形成的SU8模具以及光纤面板放入烘箱中进行坚模处理。本发明采用氦气冷却的手段可以降低因温度变化产生的内应力；还添加坚模步骤，使光刻胶显影后形成的模型或结构更加坚固，更加耐磨。另外，本发明还优化了前烘和后烘的参数，使最终SU8成模结构出现形变和/或开裂的几率降低，提高了工艺重复率以及成品率。
【专利说明】
-种SU8模具的制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及光纤加工技术领域，特别是设及一种SU8模具的制备方法。
【背景技术】
[0002] 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂和溶剂Ξ种主要成分组成的对光敏 感的混合液体。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性 胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶;反之，对某些溶剂是不可溶的，经光 照后变成可溶物质的即为正性胶。利用运种性能，将光刻胶作涂层，就能在娃片表面刻蚀所 需的电路图形。光刻胶在半导体领域应用十分广泛，常见于各类忍片的制作当中。随着微电 子工业的迅速发展，光刻胶不仅可W作为其他半导体材料刻蚀掩膜或者成型模具，其本身 还可W作为一种微结构载体。例如，在一些基因忍片中，反应池就是由光刻胶池阵列设置在 光纤玻璃上形成的。
[0003] 光刻胶应该具有比较小的表面张力，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。SU8材料 是1995年由IBM公司开发出来的负性环氧光刻胶，具有很高的紫外光敏特性，在制作塑性机 械结构、微流体器件、微通道结构等MEMS方面获得了广泛的应用，是一种较为常用的厚胶。 SU8是由双酪A型环氧树脂溶解于丫-下内醋而形成的有机聚合胶体，因平均一个分子中含 有8个环氧树脂得名。SU8焦憐过程主要分为两步：（1 )SU8中的光引发剂吸收光子，发生化学 反应生成酸性催化剂；（2)酸性催化剂在热能的辅助作用下催化分子间环氧基反应，形成致 密交联网络。
[0004] 相对于其他厚胶，SU8加工工艺简单，重复性好，生物兼容性好，易在娃、玻璃、陶瓷 等衬底上形成阵列结构，并且SU8包括丰富的环氧基，化学性质活泼反应型强，可在溫和调 价下与多种基团发生亲核开环反应，可在不影响生物活性的条件下与多种生物分子共价结 合，能够有效的增加官能团效率。传统的忍片材料曝光均匀性差，SU8的曝光均匀性好，可制 作高深宽比结构，并可W通过化学修饰形成超疏水表面，减小使用过程中的摩擦力，增强其 磨损耐用性，具有良好的机械性能、较低的杨氏模量和较好的金属层粘附性。运些性质使 SU8成为了制作微反应池的极佳选择。
[0005] SU8成模技术是一种精密的微细加工技术，主要由涂胶、前烘、曝光、后烘、显影等 步骤组成。由于SU8光刻所作用的SU8胶层往往较厚，其中前烘、后烘等溫度变化过程会产生 热应力。另外SU8成膜或曝光时分子交联聚合过程也会产生内应力。最终产生的SU8模型微 结构由于上述热应力和内应力的影像而严重扭曲形变，甚至从基片上脱落。同时，SU8模具 还存在着不耐磨、重复使用率差的问题。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有SU8成模技术容积累热应力和内应力从而产生形变或从基片上脱落 的问题，本发明的目的是提供一种SU8模具的制备方法，其特征在于，包括W下步骤： (1)匀胶:将SU8滴加至光纤面板中屯、，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将敬涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； 巧）降溫:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氮气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室溫； (6)显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成具有微结构的模具； (7 )坚模:将所形成的SU8模具W及光纤面板放入烘箱中进行坚模处理。
[0007]进一步地，坚模处理的烘箱溫度为8(TC，持续1-1.化。坚模的作用是使光刻胶显影 后形成的模型或结构更加坚固，更加耐磨，并且增加 SU8模具与光纤面板的黏附性。坚模溫 度太低或时间太短则达不到坚固效果，坚模溫度太高则会软化SU8空间结构使其变型。更进 一步地，为了避免坚模过程中产生的热应力，坚模的升溫和降溫过程可W采取分阶段的形 式。
[000引进一步地，所述前烘分为两个阶段:第一阶段的环境溫度为60°C，其持续时间为7 ~8min，第二阶段的环境溫度为90°C，其持续时间为15~60min。前烘的目的是在于将SU8成 分内的有机溶剂挥发，使光致发光剂在SU8成分中比重加大，增加基底与SU8膜的附着力，增 大SU8膜的抗摩擦力，并可W减少胶膜表面的杂质污染。分阶段前烘不但可W更加有效地减 少因 SU8成膜而产生的内应力，还能有效避免由于胶体和基板热膨胀系数不同而产生的界 面应力，使最终SU8成模结构出现形变和/或开裂的几率降低。
[0009] 进一步地，所述后烘分为两个阶段:第一阶段的环境溫度为70°C，其持续时间为3 ~5min，第二阶段的环境溫度为90°C，其持续时间为7~20min。后烘的作用是使曝光的SU8 胶层区域更加完全的聚合连接。由于SU8内部结构交联时容易产生较大的应力，使基底承受 较大的应力从而使基底产生破裂或使胶体脱落。采用分阶段后烘，不但可W更加有效地减 少SU8因曝光产生的内应力，还能有效避免由于胶体和基板热膨胀系数不同而产生的界面 应力，使最终SU8成模结构出现形变和/或开裂的几率降低。
[00010] 进一步地，所述显影液使用MF-321。显影的作用是将为曝光区域的SU8溶解并去 除，使基片上的SU8可W留下与掩膜板图形相反的结构。MF-321尤其适合用于SU8的显影。需 要说明的是，显影时间和SU8膜厚度成正比关系。
[0011] 进一步地，所述紫外光的波长为365nm，其曝光计量为155mJ/cm2。曝光的作用是使 掩膜板未遮蔽部分的SU8充分感光并聚合，曝光光源、曝光计量和曝光时间将影响光刻结构 的分辨率和线宽控制。曝光时间主要取决于胶膜厚度。合适曝光光源和曝光计量则可W使 SU8充在较短时间内更加分感光并聚合。
[0012] 进一步地，所述匀胶包括下述步骤： a)将光刻胶滴加到光纤面板中屯、;b)将光纤面板W恒定加速度从静止加速到60化pm/ min，持续25-30S; C) W恒定加速度加速到1800rpm/min，持续13-15S; d) W恒定加速度加速 至Ij2000rpm/min，持续35-40S; e) W恒定加速度加速到2200;rpm/min，持续30-40S ;f) W恒定 减速度降速到8(K)rpm/min，持续15s;g)逐步降速，终止甩胶。采用运样的变速匀胶方式，可 W使匀胶后所形成的SU8膜厚度均一，并且使SU8胶膜与基板更加服帖，有效避免最终成模 的结构与理想结构的偏差、SU8开裂、SU8与基板脱离等瑕疵。
[OOU] 进一步地，匀胶中所述步骤b加速到600rpm/min的加速度为500-600rpm/min2;步 骤C加速到1800 rpm/min的加速度为4000巧m/min2;步骤d和e的加速度为1000-3000rpm/ min2;步骤f的减速度为300巧m/min2。对匀胶的进一步优化可W使匀胶后所形成的SU8膜厚 度更加均一。
[0014] 本发明所述的SU8模具的制备方法与现有技术相比的优点在于采用氮气冷却的手 段可W使SU8胶在冷却过程中冷缩形变速率和形变率降低从而降低因溫度变化产生的内应 力，还可W避免SU8胶与空气发生氧化等反应。本发明还添加坚模步骤，使光刻胶显影后形 成的模型或结构更加坚固，更加耐磨。另外，本发明还优化了前烘和后烘的参数，使最终SU8 成模结构出现形变和/或开裂的几率降低，提高了工艺重复率W及成品率。因此，本发明尤 其适合制备测序忍片运样对光刻胶成模准确率要求高且模具需要被多次重复使用的应用。
【具体实施方式】
[0015] 下面详细描述本发明的实施例，仅用于解释本发明，而不能视为对本发明的限制。
[0016] 实施例1 本实施例的目标是制作20μπι厚的SU8模具。 (1) 匀胶； ① 将SU8滴加到光纤面板中屯、； ② 将光纤面板W加速度60化pm/min2从静止加速到60化pm/min，持续30s; ③ W加速度4000rpm/min2加速到1800巧m/min，持续13s; ④ W加速度1500rpm/min2加速到2000巧m/min，持续38s; ⑤ W加速度1500rpm/min2加速到2200巧m/min，持续30s; ⑥ W减速度300rpm/min2降速到800巧m/min，持续15s; ⑦ 逐步降速，终止甩胶； (2) 前烘:将悬涂有SU8薄膜的光纤面板放置在热板上前烘，第一阶段为6(TC，7min，第 二阶段为 90°C，8min; (3 )曝光:采用365nm紫外光将覆盖有掩膜的SU8胶膜曝光，曝光剂量为155mJ/cm2，曝光 时间为3min; (4)后烘:将曝光后的光纤面板放置在热板上后烘，第一阶段为7(TC，3min，第二阶段为 90°C,7.5min； 巧)降溫:放入氮气柜中降至室溫； (6) 显影:使用MF-321显影3min; (7) 坚膜:放入烘箱中进行坚膜处理，溫度为80°C，持续比。
[0017] 实施例2 本实施例的目标是制作35μπι厚的SU8模具。 (1)匀胶； ① 将光刻胶滴加到光纤面板中屯、； ② 将光纤面板W加速度56化pm/min2从静止加速到60化pm/min，持续26s; ③ W加速度4000rpm/min2加速到1800巧m/min，持续15s; ④ W加速度2500rpm/min2加速到2000巧m/min，持续39s; ⑤ W加速度lOOOrpm/min2加速到2200巧m/min，持续32s; ⑥ W减速度300rpm/min2降速到800巧m/min，持续15s; ⑦ 逐步降速，终止甩胶； (2)前烘:将悬涂有SU8薄膜的光纤面板放置在热板上前烘，第一阶段为6(TC，8min，第 二阶段为 90°C，12min; (3 )曝光:采用365nm紫外光将覆盖有掩膜的SU8胶膜曝光，曝光剂量为155mJ/cm2，曝光 时间为4min; (4)后烘:将曝光后的光纤面板放置在热板上后烘，第一阶段为7(TC，4min，第二阶段为 90°Ca〇min； 巧)降溫:放入氮气柜中降至室溫； (6) 显影:使用MF-321显影5min; (7) 坚膜:放入烘箱中进行坚膜处理，溫度为80°C，持续比。
[001引实施例3 本实施例的目标是制作45μπι厚的SU8模具。 (1) 匀胶； ① 将光刻胶滴加到光纤面板中屯、； ② 将光纤面板W加速度50化pm/min2从静止加速到60化pm/min，持续25s; @^加速度4000巧111/111；[]12加速到1800 巧111/111；[]1，持续14.53; ④ W加速度1800 rpm/min2加速到2000巧m/min，持续35s; ⑤ W加速度3000 rpm/min2加速到2200巧m/min，持续40s; ⑥ W减速度300 rpm/min2降速到800 ;rpm/min，持续 15s; ⑦ 逐步降速，终止甩胶； (2) 前烘:将悬涂有SU8薄膜的光纤面板放置在热板上前烘，第一阶段为6(TC，7.8min， 第二阶段为90°C，15min; (3 )曝光:采用365nm紫外光将覆盖有掩膜的SU8胶膜曝光，曝光剂量为155mJ/cm2，曝光 时间为5min; (4)后烘:将曝光后的光纤面板放置在热板上后烘，第一阶段为7(TC，4min，第二阶段为 9(TC，15min; 巧)降溫:放入氮气柜中降至室溫； (6) 显影:使用MF-321显影7min; (7) 坚膜:放入烘箱中进行坚膜处理，溫度为80°C，持续1.化。
[0019]实施例4 本实施例的目标是制作60μπι厚的SU8模具。 (1)匀胶； ① 将光刻胶滴加到光纤面板中屯、； ② 将光纤面板W加速度54化pm/min2从静止加速到60化pm/min，持续27s; @^加速度4000巧111/1111112加速到1800 巧111/111111，持续13.53; ④ W加速度2200 rpm/min2加速到2000巧m/min，持续37s; ⑤ W加速度2800 rpm/min2加速到2200巧m/min，持续33s; ⑥ W减速度300 rpm/min2降速到800 ;rpm/min，持续 15s; ⑦ 逐步降速，终止甩胶； (2)前烘:将悬涂有SU8薄膜的光纤面板放置在热板上前烘，第一阶段为6(TC，7.2min， 第二阶段为90°C，18min; (3 )曝光:采用365nm紫外光将覆盖有掩膜的SU8胶膜曝光，曝光剂量为155mJ/cm2，曝光 时间为7min; (4)后烘:将曝光后的光纤面板放置在热板上后烘，第一阶段为7(TC，5min，第二阶段为 90°C,20min； 巧)降溫:放入氮气柜中降至室溫； (6) 显影:使用MF-321显影9min; (7) 坚膜:放入烘箱中进行坚膜处理，溫度为80°C，持续1.化。
[0020] 对比例1 将降溫步骤中把SU8膜与光纤面板放入氮气柜中改为放入无尘室中，其余与实施例2方 案相同。
[0021] 对比例2 将前烘步骤中的分阶段烘干设定为一步烘干，其溫度参数设定为90°C、时长为12min; 将后烘步骤中的分阶段烘干设定为一步烘干，其溫度参数设定为90°C、时长为lOmin; 并在显影步骤去掉坚模步骤； 其余与实施2方案相同。
[0022] 需要说明的是，上述各个实施例和对比例所采用的掩膜W及光纤面板的材料是相 同的，掩膜图案是10X10正方形阵列，其中正方形缺口的尺寸为40皿Χ40μπι，各正方形间距 为 ΙΟμηι。
[0023] 采用上述各个实施例和对比例的方案分别制作30个SU8模具，下表是运些模具各 个测量参数的平均值。其中，形变率通过测量模具最终形成图案与掩膜图案的差异性得出， 即图案的位移或形变面积除W掩膜缺口的总面积;耐磨性是通过测量经过20次使用次数后 模具表面的磨损情况得出。
[0024] 上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用W 限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术 方案的范围内。
【主权项】
1. 一种SU8模具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 匀胶:将SU8滴加至光纤面板中心，旋转光纤面板直至SU8在光纤面板上形成一层厚 度均匀的涂层； (2) 前烘:将璇涂有SU8涂层的光纤面板放置在干燥加热的环境中，使SU8层成膜； (3) 曝光:采用紫外光将覆盖有掩膜的SU8膜曝光； (4) 后烘:将上覆曝光后SU8膜的光纤面板干燥加热的环境中后烘； (5) 降温:将上覆后烘处理过的SU8膜的光纤面板放入氦气柜中使SU8膜和光纤面板降 至室温； (6) 显影:使用显影剂使光纤面板上的SU8膜显影，形成具有微结构的模具； (7 )坚模:将所形成的SU8模具以及光纤面板放入烘箱中进行坚模处理。2. 如权利要求1所述的SU8模具的制备方法，其特征在于，所述坚模处理的烘箱温度为 8〇°(：，持续1-1.511。3. 如权利要求1或2所述的SU8模具的制备方法，其特征在于，所述前烘分为两个阶段： 第一阶段为60°C，7-8min，第二阶段为90°C，8-20min。4. 如权利要求1-3任一项所述的SU8模具的制备方法，其特征在于，所述后烘分为两个 阶段:第一阶段为70°C，3-5min，第二阶段为90°C，7-20min。5. 如权利要求1-4任一项中所述的SU8模具的制备方法，其特征在于，所述显影液使用 MF-321。6. 如权利要求1-5任一项中所述的SU8模具的制备方法，其特征在于，所述紫外光为 365nm，曝光剂量为 155mJ/cm2 〇7. 如权利要求1-6任一项中所述的SU8模具的制备方法，其特征在于，所述匀胶包括下 述步骤： a) 将光刻胶滴加到光纤面板中心； b) 将光纤面板以恒定加速度从静止加速到600rpm/min，持续25-30s; c) 以恒定加速度加速到1800rpm/min，持续13-15s; d) 以恒定加速度加速到2000rpm/min，持续35-40s e) 以恒定加速度加速到2200rpm/min，持续30-40s; f) 以恒定减速度降速到800rpm/min，持续15s; g) 逐步降速，终止甩胶。8. 如权利要求7所述的SU8模具的制备方法，其特征在于，所述步骤b加速到600rpm/min 的加速度为500-600rpm/min2;步骤c加速到1800 rpm/min的加速度为4000rpm/min2;步骤d 和e的加速度为1000-3000rpm/min2;步骤f的减速度为300 rpm/min2。
【文档编号】G03F7/40GK106066582SQ201610431734
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月17日 公开号201610431734.4, CN 106066582 A, CN 106066582A, CN 201610431734, CN-A-106066582, CN106066582 A, CN106066582A, CN201610431734, CN201610431734.4
【发明人】陈哲, 张睿, 王者馥, 王绪敏, 殷金龙, 任鲁风
【申请人】北京中科紫鑫科技有限责任公司