Фоторезист СУ-8
SU-8 — широко используемый на основе эпоксидной смолы негативный фоторезист . Негатив относится к фоторезисту, при котором части, подвергшиеся воздействию УФ-излучения, сшиваются, в то время как остальная часть пленки остается растворимой и может быть смыта во время проявления.
Как показано на структурной схеме, СУ-8 получил свое название от наличия 8 эпоксидных групп. Это среднее статистическое значение на фрагмент . Именно эти эпоксидные смолы сшиваются, образуя окончательную структуру.
Из него можно превратить вязкий полимер , который можно формовать или распределять по толщине от менее 1 микрометра до более 300 микрометров, или сухие листы толстой пленки (TFDS) для ламинирования толщиной до более 1 миллиметра. Резист толщиной до 500 мкм можно обрабатывать стандартной контактной литографией . [1] Поглощение при толщине выше 500 мкм приводит к увеличению подрезов на боковых стенках и плохому отверждению на границе раздела подложки. Его можно использовать для создания шаблонов структур с высоким соотношением сторон . Соотношение сторон (> 20) было достигнуто с помощью рецептуры решения. [2] и (>40) было продемонстрировано на сухом резисте. [3] Максимальное поглощение приходится на ультрафиолетовый свет с длиной волны : i-линии нецелесообразно 365 нм (облучать СУ-8 ультрафиолетовым светом g-линии ). При воздействии длинные молекулярные цепи SU-8 сшиваются , вызывая полимеризацию материала. В фоторезистах серии СУ-8 используется гамма-бутиролактон или циклопентанон в качестве основного растворителя .
СУ-8 изначально разрабатывался как фоторезист для микроэлектронной промышленности, чтобы обеспечить маску высокого разрешения для изготовления полупроводниковых приборов.
В настоящее время он в основном используется при изготовлении микрофлюидики (в основном с помощью мягкой литографии , но также и с другими методами импринтинга, такими как наноимпринтная литография). [4] ) и микроэлектромеханических систем детали . Это также один из наиболее биосовместимых материалов из известных. [5] и часто используется в био-МЭМС для приложений в области медико-биологических наук. [6]
Состав и обработка
[ редактировать ]SU-8 состоит из новолачной эпоксидной смолы с бисфенолом А , растворенной в органическом растворителе ( гамма-бутиролактон ГБЛ или циклопентанон , в зависимости от состава) и до 10 мас.% смешанной соли триарилсульфония/гексафторантимонат в качестве генератора фотокислоты. [7]
СУ-8 поглощает свет в УФ-диапазоне, что позволяет изготавливать относительно толстые (сотни микрометров) конструкции с почти вертикальными боковыми стенками. Тот факт, что один фотон может вызвать множественную полимеризацию, делает SU-8 химически усиленным резистом, который полимеризуется за счет генерации фотокислоты. [8] Свет, излучаемый на резист, взаимодействует с солью в растворе, создавая гексафторсурьмяную кислоту, которая затем протонирует эпоксидные группы в мономерах смолы. активируется Таким образом , мономер , но полимеризация не будет происходить существенно до тех пор, пока температура не будет повышена в ходе постэкспозиционного обжига. Именно на этом этапе эпоксидные группы смолы сшиваются, образуя отвержденную структуру. При полном отверждении высокая степень сшивки придает резисту превосходные механические свойства. [9]
Обработка SU-8 аналогична обработке других негативных резистов , при этом особое внимание уделяется контролю температуры на этапах обжига. Время выпечки зависит от толщины слоя СУ-8; чем толще слой, тем дольше время выпекания. Во время обжига контролируют температуру, чтобы уменьшить образование напряжений в толстом слое (приводящих к образованию трещин ) по мере испарения растворителя .
Мягкая выпечка является наиболее важным этапом выпечки для формирования напряжения. Выполняется после центрифугирования . Его функция – удалить растворитель из резиста и сделать слой твердым. Обычно не менее 5% растворителя остается в слое после мягкого обжига, однако чем толще покрытие, тем труднее становится удалить растворитель, поскольку испарение растворителя через толстые слои становится все труднее с увеличением толщины покрытия. Обжиг выполняется на программируемой горячей плите, чтобы уменьшить эффект отшелушивания из-за истощения растворителя на поверхности, создавая плотный слой, который затрудняет удаление остатков растворителя. Чтобы снизить нагрузку, процедура обжига обычно представляет собой двухэтапный процесс, состоящий из выдержки при 65 °C с последующим повышением до 95 °C и повторной выдержки в течение времени, зависящего от толщины слоя. Затем температуру медленно понижают до комнатной температуры .
При использовании сухих пленок фоторезист наносится ламинатом, а не методом центрифугирования. Поскольку этот состав по существу не содержит растворителей (осталось менее 1% растворителя), он не требует этапа мягкого обжига и не подвержен стрессам или образованию пленки. Для улучшения адгезии после ламинирования можно добавить запекание . Этот этап выполняется аналогично резисту на основе раствора, т.е. выдержке при 65°C, затем при 95°C, время зависит от толщины пленки.
После этого этапа можно обнажить слой SU-8. Обычно это делается через фотомаску с инверсным рисунком, так как резист отрицательный. Время воздействия зависит от дозы воздействия и толщины пленки. После выдержки СУ-8 необходимо еще раз обжечь для завершения полимеризации. Этот этап выпечки не так важен, как предварительная выпечка, но повышение температуры (снова до 95 °C) должно быть медленным и контролируемым. На этом этапе резист готов к проявлению.
Основным проявителем для СУ-8 является ацетат 1-метокси-2-пропанола . [10] Время проявки в первую очередь зависит от толщины СУ-8.
После экспонирования и проявления его сильно сшитая структура придает ему высокую устойчивость к химическим веществам и радиационному повреждению - отсюда и название «сопротивляться». Отвержденный сшитый SU-8 демонстрирует очень низкий уровень газовыделения в вакууме . [11] [12] Однако его очень трудно удалить, и он имеет тенденцию выделять газы в неэкспонированном состоянии. [13]
Новые составы
[ редактировать ]В резистах серии SU-8 2000 в качестве основного растворителя используется циклопентанон , и их можно использовать для создания пленок толщиной от 0,5 до 100 мкм. Этот состав может обеспечить улучшенную адгезию к некоторым субстратам по сравнению с исходным составом. [14]
В резистах серии SU-8 3000 в качестве основного растворителя также используется циклопентанон, и они предназначены для формования более толстых пленок толщиной от 2 до 75 мкм в один слой. [14]
Серия фоторезистов с низким напряжением SU-8 GLM2060 состоит из эпоксидного ГБЛ и диоксида кремния CTE 14. [15]
SU-8 GCM3060 Серия GERSTELTEC токопроводящая SU8 с наночастицами серебра. [15]
SU-8 GMC10xx Серия GERSTELTEC в цветах SU8 Red, Bleau, Green, Black и других. [15]
SU-8 GMJB10XX Серия эпоксидных смол низкой вязкости GERSTELTEC для струйной печати. [15]
SU8 GM10XX Серия классической эпоксидной смолы GERSTELTEC. [16]
Процесс его полимеризации протекает при фотоактивации генератора фотокислот (например, солей триарилсульфония) и последующем постэкспозиционном отжиге. Процесс полимеризации представляет собой рост катионной цепи, который происходит за счет полимеризации с раскрытием кольца эпоксидных групп.
SUEX — это лист толстой сухой пленки (TDFS), который представляет собой состав, не содержащий растворителей, наносимый путем ламинирования. Поскольку этот состав представляет собой сухой лист, он отличается высокой однородностью и отсутствием краевых валиков. [17] образования и очень мало отходов. Эти листы имеют толщину от 100 мкм до более 1 мм. [18] DJMicrolaminates также продает более тонкий ассортимент ADEX TFDS, который доступен толщиной от 5 мкм до 75 мкм. [18]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- SU-8: Толстый фоторезист для МЭМС Веб-страница с большим количеством данных о материалах и технологическими приемами.
- http://www.gersteltec.ch/
- Технический паспорт Микрохима
- Информация о SU 8 Содержит информацию о том, как использовать SU 8 для получения желаемой толщины.
- Калькулятор скорости вращения SU-8. Выбирает тип SU-8 и рассчитывает количество оборотов в минуту для заданной толщины.
- Поставщики: Раствор на основе SU-8 можно приобрести у Microchem или Gersteltec ; Сухие листы SUEX производятся компанией DJ Microlaminates , ранее известной как DJ Devcorp.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «СУ-8 сопротивляется: часто задаваемые вопросы» . МикроХим. Архивировано из оригинала 17 мая 2009 года . Проверено 21 июля 2011 г.
- ^ Лю Дж., Цай Б., Чжу Дж. и др. (2004). «Технологические исследования микроструктуры высокого удлинения с использованием резиста СУ-8». Микросистема. Технол. 10 (4): 265–8. дои : 10.1007/s00542-002-0242-2 . S2CID 111062837 .
- ^ Джонсона Д.В., Геттертб Дж., Сингхб В. и др. (2012). «Сухой пленочный резист SUEX — новый материал для литографии с высоким соотношением сторон» (PDF) . Труды Университета штата Луизиана .
- ^ Гринер Дж., Ли В., Рен Дж. и др. (февраль 2010 г.). «Быстрое и экономичное изготовление микрофлюидных реакторов из термопластичных полимеров путем сочетания фотолитографии и горячего тиснения». Лаборатория на чипе . 10 (4): 522–4. дои : 10.1039/B918834G . ПМИД 20126695 .
- ^ Немани К.В., Муди К.Л., Бренник Дж.Б. и др. (2013). «Оценка биосовместимости СУ-8 in vitro и in vivo» . Материаловедение и инженерия: C . 33 (7): 4453–9. дои : 10.1016/j.msec.2013.07.001 . ПМЦ 3843949 . ПМИД 23910365 .
- ^ Арскотт С. (2014). «СУ-8 как материал для лабораторной масс-спектрометрии». Лаборатория на чипе . 14 (19): 3668–89. дои : 10.1039/C4LC00617H . ПМИД 25029537 .
- ^ «НАНО СУ-8: Фоторезист негативных тонов - составы 50-100» (PDF) . Microchem.com . 2011. Архивировано из оригинала (PDF) 25 апреля 2012 г. Проверено 12 июня 2019 г.
- ^ дель Кампо А, Грейнер С (2007). «СУ-8: фоторезист для высокоформатной и субмикронной 3D-литографии». Дж. Микромехан. Микроинж. 17 (6): Р81–Р95. дои : 10.1088/0960-1317/17/6/R01 . S2CID 18148474 .
- ^ Мартинес-Дуарте Р., Маду М. (2011). «Фолитография СУ-8 и ее влияние на микрофлюидику». В Митре С.К., Чакраборти С. (ред.). Справочник по микрофлюидике и нанофлюидике: изготовление, внедрение и применение (1-е изд.). Нью-Йорк: CRC Press. стр. 231–268. ISBN 9781138072381 .
- ^ «Разработчик СУ-8» . Lambers Wiki (Паспорт безопасности материала). 2005. Архивировано из оригинала 11 декабря 2017 года . Проверено 12 июня 2019 г.
- ^ «Светочувствительная эпоксидная смола СУ-8» . 2003. Архивировано из оригинала 30 мая 2012 года . Проверено 12 июня 2019 г.
- ^ Мелай Дж., Салм С., Уолтерс Р. и др. (2009). «Качественная и количественная характеристика газовыделения из СУ-8» (PDF) . Микроэлектронная инженерия . 86 (4–6): 761–764. дои : 10.1016/j.mee.2008.11.008 . S2CID 137789516 .
- ^ «Обработка фоторезиста СУ-8» (PDF) . Engineering.tufts.edu . 2007. Архивировано из оригинала (PDF) 9 ноября 2009 года . Проверено 12 июня 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Руководство по обработке перманентного эпоксидного негативного фоторезиста SU-8 2000» (PDF) . Микрохим. Архивировано из оригинала (PDF) 15 апреля 2017 года.
- ^ Jump up to: а б с д «Функциональный полимер СУ-8» . Герстелтек Инжиниринговые решения . Проверено 12 июня 2019 г.
- ^ «СУ8» . Герстелтек Инжиниринговые решения . Проверено 12 июня 2019 г.
- ^ С. Арскотт, «Пределы планаризации краевых валиков и выравнивания поверхности в жидкостных пленках с центрифугированием», J. Micromech. Микроинж. 30 , 025003, (2020).
- ^ Jump up to: а б «СУЭКС» . djmicrolamates.com . Проверено 15 февраля 2017 г.