Jul. 25, 2024
SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线(350nm~400nm)光刻胶,可用电子束、X射线,尤其是I线(365nm)紫外光进行曝光光刻,它在近紫外光范围内光吸收度低,故整个光刻胶层所获得的曝光量均匀一致,可得到具有垂直侧壁外形和高深宽比的厚膜图形,常用于低成本UV-LIGA技术,作为电铸微结构的模具;SU-8胶还具有良好的力学性能、抗化学腐蚀性、热稳定性和生物兼容性,能形成结构复杂的图形,可作为微流体、微光学、生化芯片等MEMS器件的结构材料,同时还可用于芯片封装等领域。
基于SU-8胶的LIGA/UV-LIGA技术的典型工艺为:基片(可含IC或其它微制造元件)清洗沉积种子层如Ti,Cr/Au等旋涂SU-8,单次旋涂可达数百微米厚前烘(65℃,95℃)X射线或近UV光曝光后烘(PEB,65℃,85℃~95℃)显影硬烘坚模(150℃~200℃,可选)电铸金属,如Ni,Cu,FeNi等磨平(可选)去除SU-8胶模去种子层。
SU-8胶是由多功能团、多分支有机环氧胶E-PONSU-8溶于有机液(GBL或环戊酮)中,并加入少量光引发剂(三芳基硫盐)而成。当曝光时,光子被吸收,光引发剂产生光化学反应,生成强酸。在后烘(PEB)时,曝光区域在强酸的引发催化作用下,分子发生交联(crosslinked),并以链式增长,经扩展就形成了交联网络;若再经硬烘焙,就形成了致密的完全交联网络,这种交联网络不溶于有机显影液,并能抵制膨胀。但同时,这种高度交联网络使得SU-8胶模很难去除,尤其在不损坏电铸金属结构及其它微制造元件的前提下,这就大大制约了SU-8LIGA技术与IC或其它微制造工艺的集成制造能力,同时对精细零部件的加工也有很大的局限性,即微小狭缝、孔洞内的光刻胶同样难以完全去除。
SU-8去胶问题是个大难题。半导体光刻胶去除工艺,一般意义上说分成两种:传统的湿法去光刻胶和先进的干法等离子去光刻胶,它们都是通过化学反应来去除光刻胶,进行的反应也都是各向同性。
与传统的湿法去胶法相比,干法去胶法又叫等离子去胶具有去胶灰化率高、可靠性高的优点。其工艺过程特点在于要经由等离子和气体扩散进行真空腔体反应。等离子态的气体存在以下特点:等离子态下气体化学活性较强,不同的气体与不同的材料相互具有选择性,互相选择的气体和材料可以快速反应并实现材料的化学去除。
SU-8光刻胶是由C、H、O、N等元素组成的有机物。它们的分子结构都是由长链的碳、氢、氧组成,氧等离子体去胶工艺是利用氧气电离产生氧离子、游离态氧原子、氧分子和电子等混合的等离子体,其具有强氧化才能的游离态氧原子,在射频电源的作用下与光刻胶膜反应生成的CO2和H2O,O2→O*+O*,CxHy+O*→CO2↑+H2O↑,随即被真空泵泵抽走,最终达到去除光刻胶层的目的,这个工艺通常又被称为灰化工艺。
综上所述:SU-8等离子去胶原理是利用在等离子去胶系统中通入氧气,在高频电场的作用下产生活性氧,迅速使光刻胶氧化成为可挥发性的二氧化碳、水和其他气体,从而达到去胶的目的。干法去胶相较于湿法去胶,不需要使用化学试剂,更加简单,可操作性强。
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