原创软光刻：SU-8烘烤教程（适用于烘胶台）

 2022-12-6 09:38  1324 6 6 分类: 工业电子

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。

图1:用于制作SU-8主模的光刻标准协议:使用的SU-8薄膜必须至少烘烤两次

事实上，适当加热的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。

图2：常规实验室烤箱内非均匀温度分布的图示。因此，放置在烤箱内的SU-8层可能需要不同的烘烤时间

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。

图3：(软)烘焙时间随SU-8层厚度的变化

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：

表1：用烘箱和烘胶台烘烤SU-8模具的一些标准的比较

这两个选择都是可行的，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:

图4:SU-8软烤的典型温度曲线

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）

表2:各种SU-8型号和厚度的软烘焙次数(数据适用于烘胶台)

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)。

表3:不同型号和厚度的SU-8的晒后烘烤时间(数据适用于烘胶台)

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:

在显影之后，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烤和PEB过程。通常情况下，SU-8胶在20-30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，但通常是不必要的。