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[分享] 软光刻:SU-8烘烤教程(适用于烘胶台)

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发表于 2022-12-6 09:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

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软光刻:SU-8烘烤教程(适用于烘胶台)
加热SU-8模具的设备和协议

复制基于PDMS的结构首先需要制造一个SU-8主模,将作为PDMS铸造的模板。在SU-8母版的制作过程中,通常是基于标准光刻工艺,SU-8光刻胶的薄膜必须烘烤几次,如图1所示。

事实上,适当加热SU-8薄膜是必要的,以确保良好的模具表面性能。这个简短的教程旨在提供一些关于设备和协议的见解,以成功地烘烤SU-8模具。
SU-8烘烤:烘箱还是烘胶台?
烘箱
对流烘箱是加热涂有SU-8的晶片的第一选择。当一个人需要同时处理多个SU-8物品时,它可能特别有用。尽管有这一吸引人的特点,对流烘箱也有明显的缺点。特别是,很难保证大容量烘箱内的温度分布均匀。因此,如果将几个SU-8母版晶片放入烤箱中,烘烤时间实际上可能会根据晶片位置的不同而不同。

烘胶台
作为替代方案,烘胶台是快速成型的理想选择。虽然加烘胶台的目的是一次加热一个晶片,但它们确保了整个晶片上的温度更加均匀。事实上,热板和烤箱之间的传热条件和通风是不同的。此外,使用热板可以显著缩短烘烤时间。

选择标准
烘烤SU-8层时,烤箱和热板各有优势和局限性。在图表[1]中总结了一份非详尽的利弊清单:

这两个选择是可行的,选择的因素可能只取决于洁净室中设备的可用性。然而,烘胶台通常可以更容易地实现对加热过程的精确控制。因此,它们似乎更适合于先前没有(或有限的)经验的人,以便获得良好的和可重复的结果。同时,可以将试验和错误的风险降至最低。此外,SU-8光刻胶的制造商经常为烘胶台提供烘烤建议。因此,在本教程的下一步中,我们将考虑使用烘胶台
SU-8的烘烤:如何进行?
SU-8软烤:
SU-8层在涂到晶圆片表面后必须进行第一次加热。第一个加热步骤对应于SU-8的软烤过程(见图1)。SU-8可以通过两个步骤进行软烤。为了获得更好的光刻效果,必须避免剧烈的温度变化。理想情况下,晶圆片应该按照图4的温度分布逐渐加热:

在第一步中,SU-8层的温度可以以2℃/min的速度从室温逐步提高到65℃。然而,温度斜坡的坡度可能略有不同,这取决于使用的SU-8型号。根据光刻胶的厚度,在65°C下加热SU-8薄膜5到10分钟。温度再次升高到2°C/min,然后停留在95°C。应该避免较高的温度,因为它们可能会激活SU-8的热交联,即使暴露过程没有发生。如果可以,温度就必须一直保留在95℃(见表2中烘烤时间的例子)

然后,必须让晶圆慢慢冷却到室温。理想情况下,温度可以逐步降低,类似于用于加热SU-8的剖面。或者,烘胶台的电源可以关闭。
为了在整个过程中对温度进行精确控制,可编程热板可用于微调温度斜坡。对于SU-8的薄层(厚度< 100 μ m),另一种选择是将两个热板分别设置在65°C和95°C。晶圆可以先在65°C下烘烤,然后转移到95°C的热板上
SU-8曝光后烘烤(PEB):
SU-8层必须在曝光阶段之后再次加热。第二个加热步骤对应于SU-8曝光后烘烤过程(见图1)。它旨在加速SU-8的聚合。PEB遵循的步骤,实际上几乎完全相同的软烘焙的第一步。温度是一样的;只是烘焙时间不同(见表3)。

可以注意到,交联过程可能会在SU-8层产生显著的残余应力。由于这种残余应力是潜在裂纹的主要来源,最好避免在95°C的PEB后对SU-8进行快速冷却(不应使用冷却源)。
SU-8硬烤:
显影之后,SU-8母版可能会被加热第三次(见图1),以进一步交联SU-8模具,并确保SU-8在PDMS软光刻步骤中不会被损坏。SU-8硬烤过程中涉及的温度通常高于软PEB过程。通常情况下,SU-820-30分钟内加热温度范围从140°C到200°C。但是,根据SU-8层的厚度,可能需要更长的烘烤时间。由于SU-8良好的机械性能,这一步仍然是可以去做的,通常是不必要的。
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