一种SU8模具的制备方法技术

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。本发明专利技术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，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤加工
，特别是涉及一种SU8模具的制备方法。
技术介绍
光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂和溶剂三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。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅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，常见于各类芯片的制作当中。随着微电子工业的迅速发展，光刻胶不仅可以作为其他半导体材料刻蚀掩膜或者成型模具，其本身还可以作为一种微结构载体。例如，在一些基因芯片中，反应池就是由光刻胶池阵列设置在光纤玻璃上形成的。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是由双酚A型环氧树脂溶解于γ-丁内酯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焦磷过程主要分为两步：（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。相对于其他厚胶，SU8加工工艺简单，重复性好，生物兼容性好，易在硅、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，可在温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。传统的芯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，并可以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。这些性质使SU8成为了制作微反应池的极佳选择。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、后烘等温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。
技术实现思路
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，本专利技术的目的是提供一种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。进一步地，坚模处理的烘箱温度为80℃，持续1-1.5h。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。坚模温度太低或时间太短则达不到坚固效果，坚模温度太高则会软化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，坚模的升温和降温过程可以采取分阶段的形式。进一步地，所述前烘分为两个阶段：第一阶段的环境温度为60℃，其持续时间为7～8min，第二阶段的环境温度为90℃，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，并可以减少胶膜表面的杂质污染。分阶段前烘不但可以更加有效地减少因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。进一步地，所述后烘分为两个阶段：第一阶段的环境温度为70℃，其持续时间为3～5min，第二阶段的环境温度为90℃，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，不但可以更加有效地减少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。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可以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。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以使SU8充在较短时间内更加分感光并聚合。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。采用这样的变速匀胶方式，可以使匀胶后所形成的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。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。对匀胶的进一步优化可以使匀胶后所形成的SU8膜厚度更加均一。本专利技术所述的SU8模具的制备方法与现有技术相比的优点在于采用氦气冷却的手段可以使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温度变化产生的内应力，还可以避免SU8胶与空气发生氧化等反应。本专利技术还添加坚模步骤，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，本专利技术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。因此，本专利技术尤其适合制备测序芯片这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。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，仅用于解释本专利技术，而不能视为对本专利技术的限制。实施例1本实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2015.08.24 CN 20151052177581.一种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80℃，持续1-1.5h。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℃，7-8min，第二阶段为90℃，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℃，3-5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈哲，张睿，王者馥，王绪敏，殷金龙，任鲁风，
申请(专利权)人：北京中科紫鑫科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11