SU-8 Fotolack – Wikipedia

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“Su-8” leitet hier weiter. Für das Flugzeug siehe Suchoi Su-8.

SU-8 ist ein häufig verwendeter negativer Fotolack auf Epoxidbasis. Negativ bezieht sich auf einen Photoresist, bei dem die UV-belichteten Teile vernetzt werden, während der Rest des Films löslich bleibt und während der Entwicklung abgewaschen werden kann.

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Wie im Strukturdiagramm gezeigt, leitet SU-8 seinen Namen von der Anwesenheit von 8 Epoxygruppen ab. Dies ist ein statistischer Durchschnitt pro Einheit. Es sind diese Epoxide, die sich vernetzen, um die endgültige Struktur zu ergeben.

Es kann zu einem viskosen Polymer verarbeitet werden, das gesponnen oder über eine Dicke von unter 1 Mikrometer bis über 300 Mikrometer verteilt werden kann, oder zu Thick Film Dry Sheets (TFDS) für die Laminierung bis zu einer Dicke von über 1 Millimeter. Bis 500 µm kann der Resist mit Standard-Kontaktlithographie verarbeitet werden.[1] Eine Absorption oberhalb von 500 µm führt zu zunehmenden Seitenwandunterschneidungen und einer schlechten Aushärtung an der Substratgrenzfläche. Es kann verwendet werden, um Strukturen mit hohem Aspektverhältnis zu strukturieren. Mit der Lösungsformulierung wurde ein Aspektverhältnis von (> 20) erreicht[2] und (> 40) wurde aus dem Trockenresist nachgewiesen.[3] Seine maximale Absorption ist für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge der i-Linie: 365 nm (es ist nicht praktikabel, SU-8 mit ultraviolettem Licht der g-Linie zu belichten). Bei Exposition vernetzen sich die langen Molekülketten von SU-8, was zur Polymerisation des Materials führt. Photoresists der SU-8-Serie verwenden Gamma-Butyrolacton oder Cyclopentanon als primäres Lösungsmittel.

SU-8 wurde ursprünglich als Photoresist für die Mikroelektronikindustrie entwickelt, um eine hochauflösende Maske für die Herstellung von Halbleiterbauelementen bereitzustellen.

Es wird heute hauptsächlich bei der Herstellung von Mikrofluidik (hauptsächlich über Softlithographie, aber auch mit anderen Prägetechniken wie der Nanoimprint-Lithographie[4]) und mikroelektromechanische Systemteile. Es hat sich als biokompatibles Material erwiesen [5] und wird häufig in Bio-MEMS für Life-Science-Anwendungen verwendet.[6]

Zusammensetzung und Verarbeitung[edit]

SU-8 besteht aus Bisphenol-A-Novolac-Epoxy, das in einem organischen Lösungsmittel (gamma-Butyrolacton GBL oder Cyclopentanon, je nach Formulierung) und bis zu 10 Gew.-% gemischtem Triarylsulfonium/Hexafluorantimonat-Salz als Photosäurebildner gelöst ist.[7]

SU-8 absorbiert Licht im UV-Bereich und ermöglicht die Herstellung relativ dicker (Hunderte von Mikrometern) Strukturen mit nahezu vertikalen Seitenwänden. Die Tatsache, dass ein einzelnes Photon mehrere Polymerisationen auslösen kann, macht den SU-8 zu einem chemisch verstärkten Resist, der durch Photosäureerzeugung polymerisiert wird.[8] Das auf den Resist eingestrahlte Licht interagiert mit dem Salz in der Lösung, wodurch Hexafluorantimonsäure entsteht, die dann die Epoxidgruppen in den Harzmonomeren protoniert. Die Monomere werden somit aktiviert, aber die Polymerisation wird nicht signifikant fortschreiten, bis die Temperatur als Teil des Nachbelichtungsbackens erhöht wird. In diesem Stadium vernetzen sich die Epoxygruppen im Harz, um die gehärtete Struktur zu bilden. Im ausgehärteten Zustand verleiht der hohe Vernetzungsgrad dem Resist seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften.[9]

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Die Verarbeitung von SU-8 ist ähnlich wie bei anderen Negativresists, wobei besonderes Augenmerk auf die Kontrolle der Temperatur in den Einbrennschritten gelegt wird. Die Backzeiten sind abhängig von der SU-8 Schichtdicke; je dicker die Schicht, desto länger die Backzeit. Die Temperatur wird während des Einbrennens kontrolliert, um die Spannungsbildung in der dicken Schicht (die zu Rissen führt) beim Verdampfen des Lösungsmittels zu reduzieren.

Das Weichbacken ist der wichtigste der Backschritte zur Spannungsbildung. Sie wird nach dem Schleuderbeschichten durchgeführt. Seine Funktion besteht darin, das Lösungsmittel aus dem Resist zu entfernen und die Schicht fest zu machen. Typischerweise verbleiben nach dem Weichbacken mindestens 5 % des Lösungsmittels in der Schicht, jedoch wird es umso schwieriger, das Lösungsmittel zu entfernen, je dicker die Beschichtung ist, da das Verdampfen des Lösungsmittels durch dicke Schichten mit der Beschichtungsdicke immer schwieriger wird. Das Brennen wird auf einer programmierbaren Heizplatte durchgeführt, um den Hautbildungseffekt der Lösungsmittelverarmung an der Oberfläche zu reduzieren, wodurch eine dichte Schicht entsteht, die das Entfernen des Restes des Lösungsmittels erschwert. Um Spannungen zu reduzieren, ist der Bake-Vorgang im Allgemeinen ein zweistufiger Prozess, bestehend aus einem Halten bei 65 °C, bevor es auf 95 °C hochgefahren und wieder für eine von der Schichtdicke abhängige Zeit gehalten wird. Anschließend wird die Temperatur langsam auf Raumtemperatur abgesenkt.

Wenn Trockenfilme verwendet werden, wird der Photoresist eher laminiert als schleuderbeschichtet. Da diese Formulierung im Wesentlichen lösungsmittelfrei ist (weniger als 1 % verbleibendes Lösungsmittel), erfordert sie keinen Weichbackschritt und leidet nicht unter Stress oder Hautbildung. Für eine verbesserte Haftung kann ein Backen nach dem Laminieren hinzugefügt werden. Dieser Schritt wird ähnlich wie beim lösungsbasierten Resist durchgeführt – dh bei 65 °C und dann bei 95 °C gehalten, die Zeit hängt von der Schichtdicke ab.

Nach diesem Schritt kann nun die SU-8-Schicht belichtet werden. Typischerweise geschieht dies durch eine Fotomaske mit einem inversen Muster, da der Resist negativ ist. Die Belichtungszeit ist eine Funktion der Belichtungsdosis und der Filmdicke. Nach der Belichtung muss das SU-8 erneut eingebrannt werden, um die Polymerisation abzuschließen. Dieser Backschritt ist nicht so kritisch wie das Vorbacken, aber der Temperaturanstieg (wieder auf 95 °C) muss langsam und kontrolliert erfolgen. An diesem Punkt kann der Resist entwickelt werden.

Der Hauptentwickler für SU-8 ist 1-Methoxy-2-propanolacetat.[10] Die Entwicklungszeit ist hauptsächlich eine Funktion der SU-8-Dicke.

Nach dem Belichten und Entwickeln verleiht ihm seine hochvernetzte Struktur eine hohe Stabilität gegenüber Chemikalien und Strahlenschäden – daher der Name “Resist”. Ausgehärtetes vernetztes SU-8 zeigt sehr geringe Ausgasungen im Vakuum.[11][12]

Es ist jedoch sehr schwer zu entfernen und neigt im unbelichteten Zustand zum Ausgasen.[13]

Neuere Formulierungen[edit]

Die Resists der Serie SU-8 2000 verwenden Cyclopentanon als primäres Lösungsmittel und können zur Herstellung von Filmen zwischen 0,5 und 100 µm Dicke verwendet werden. Diese Formulierung kann gegenüber der Originalformulierung eine verbesserte Haftung auf einigen Substraten bieten.[14]

Die Resists der SU-8 3000-Serie verwenden ebenfalls Cyclopentanon als primäres Lösungsmittel und sind so konzipiert, dass sie in einer einzigen Schicht zu dickeren Filmen von 2 bis 75 µm gesponnen werden können.[14]

Die SU-8 GLM2060 Serie von Low-Stress-Photoresist besteht aus Epoxy GBL und Silica-Formulierung CTE 14.[15]

SU-8 GCM3060 Serie von GERSTELTEC leitfähigem SU8 mit Nanopartikeln aus Silber.[15]

SU-8 GMC10xx Serie von GERSTELTEC farbig SU8 Rot, Bleau, Grün, Schwarz und andere.[15]

SU-8 GMJB10XX Serie von GERSTELTEC niedrigviskosem Epoxid für Inkjet-Anwendungen.[15]

SU8 GM10XX Serie von Classic GERSTELTEC Epoxy.[16]

Sein Polymerisationsprozess läuft nach der Photoaktivierung eines Photosäuregenerators (z. B. Triarylsulfoniumsalze) und anschließendem Backen nach der Belichtung ab. Beim Polymerisationsprozess handelt es sich um ein kationisches Kettenwachstum, das durch ringöffnende Polymerisation der Epoxidgruppen erfolgt.

SUEX ist ein Thick Dry Film Sheet (TDFS), eine lösungsmittelfreie Formulierung, die durch Laminieren aufgetragen wird. Da es sich bei dieser Formulierung um ein trockenes Blatt handelt, ergibt sich eine hohe Gleichmäßigkeit, keine Randwulst[17] Bildung und sehr wenig Abfall. Diese Platten sind in verschiedenen Dicken von 100 µm bis über 1 mm erhältlich.[18] DJMicrolaminates vertreibt auch ein dünneres Sortiment, ADEX TFDS, die in Dicken von 5 µm bis 75 µm erhältlich sind.[18]

Externe Links[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ “SU-8 Resists: FAQs”. MikroChem. Archiviert von das Original am 17. Mai 2009. Abgerufen 21. Juli 2011.
  2. ^ J. Liu, B. Cai, J. Zhu et al. (2004). “Prozessforschung der Mikrostruktur mit hohem Aspektverhältnis unter Verwendung von SU-8-Resist”. Mikrosys. techn. 10 (4): 265–8. mach:10.1007/s00542-002-0242-2.
  3. ^ Johnsona DW, Goettertb J, Singhb V, et al. (2012). „SUEX Dry Film Resist – Ein neues Material für die High-Aspect-Ratio-Lithographie“ (PDF). Verfahren der Louisiana State University.
  4. ^ J. Greener, W. Li, J. Ren et al. (Februar 2010). „Schnelle, kosteneffiziente Herstellung von Mikrofluidikreaktoren aus thermoplastischen Polymeren durch Kombination von Photolithographie und Heißprägen“. Lab auf einem Chip. 10 (4): 522–4. mach:10.1039/B918834G. PMID 20126695.
  5. ^ Matarèse BF, Feyen PL, Falco A, Benfenati F, Lugli P, deMello JC (April 2018). „Einsatz von SU8 als stabile und biokompatible Haftschicht für Goldbioelektroden“. Wissenschaftliche Berichte. 8 (1): 5560. doi:10.1038/s41598-018-21755-6. PMC 5882823. PMID 29615634.
  6. ^ Arscott S (Oktober 2014). „SU-8 als Material für Lab-on-a-Chip-basierte Massenspektrometrie“. Lab auf einem Chip. 14 (19): 3668–89. mach:10.1039/C4LC00617H. PMID 25029537.
  7. ^ “NANO SU-8: Negativton Photoresist – Formulierungen 50-100” (PDF). Microchem.com. 2011. Abgerufen 12. Juni 2019.
  8. ^ del Campo A, Greiner C (2007). “SU-8: ein Photoresist für High-Aspect-Ratio und 3D-Submikron-Lithographie”. J. Mikromech. Mikroeng. 17 (6): R81–R95. mach:10.1088/0960-1317/17/6/R01.
  9. ^ Martinez-Duarte R, Madou M (2011). „SU-8 Pholithographie und ihre Auswirkungen auf die Mikrofluidik“. In Mitra SK, Chakraborty S (Hrsg.). Mikrofluidik- und Nanofluidik-Handbuch: Herstellung, Implementierung und Anwendungen (1. Aufl.). New York: CRC-Presse. S. 231–268. ISBN 9781138072381.
  10. ^ “SU-8 Entwickler”. Lambers-Wiki (Materialsicherheitsdatenblatt). 2005. Archiviert von das Original am 11. Dezember 2017. Abgerufen 12. Juni 2019.
  11. ^ “SU-8 lichtempfindliches Epoxid”. 2003. Archiviert von das Original am 30. Mai 2012. Abgerufen 12. Juni 2019.
  12. ^
  13. ^ “SU-8 Photoresist-Verarbeitung” (PDF). engineering.tufts.edu. 2007. Archiviert von das Original (PDF) am 9. November 2009. Abgerufen 12. Juni 2019.
  14. ^ ein b “SU-8 2000 Richtlinien zur Verarbeitung von permanentem Epoxy-Negativ-Fotoresist” (PDF). Mikrochem. Archiviert von das Original (PDF) am 15.04.2017.
  15. ^ ein b c d “SU-8 Funktionspolymer”. Gersteltec Engineering-Lösungen. Abgerufen 12. Juni 2019.
  16. ^ “SU8”. Gersteltec Engineering-Lösungen. Abgerufen 12. Juni 2019.
  17. ^ S. Arscott, ‘Die Grenzen der Kantenglättung und Oberflächennivellierung in schleuderbeschichteten flüssigen Filmen’, J. Mikromech. Mikroeng. 30, 025003, (2020).
  18. ^ ein b “SUEX”. djmicrolaminates.com. Abgerufen 15. Februar 2017.


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