基于斜光刻技术的SU-8胶三维微阵列结构制备.pdf

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1、第44卷分析化学(FENXIHUAXUE)仪器装置与实验技术第4期2016年4月ChineseJournalofAnalyticalChemistry660～664DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．150967基于斜光刻技术的SU-8胶三维微阵列结构制备李刚李大维赵清华菅傲群王开鹰胡杰桑胜波“程再军孙伟(太原理工大学信息工程学院&新型传感器和智能控制教育部重点实验室微纳系统研究中心，太原030024)(厦门理工学院光电与通信工程学院，厦门361024)(烯晶碳能电子科技无锡有限公司，无锡214000)摘要利用斜光刻技术替代传统的直光刻技术在相同底面积的基础上增大

2、微阵列比表面积制备了高比表面积三维微阵列结构，。首先，利用MATLAB仿真对微阵列排布方式进行分析，确定最佳单个柱体宽度及阵列间距。实验中，采用两次甩胶法将SU一8光刻胶均匀旋涂在2寸硅基底上，甩胶转速设为1500r／min，旋涂时间设为35s；分别置于65℃烘台上保持20min和95℃烘台上保持70min进行两次前烘处理；随后进行双向斜曝光，微柱宽度为20m，阵列间距为30m，光刻角度为20。。最后，再通过高低温后烘处理并显影30min成功制备出了结构稳定的“X”型三维微阵列结构。关键词三维微阵列；斜光刻技术；SU一8光刻胶；比表面积1引言SU一8光刻胶是一种环氧型、近紫外线负胶，具有

3、良好的机械、光学、物理和抗腐蚀性质。由于SU一8胶在近紫外光范围内光吸收度低，具有很高的透光性能，整个光刻胶层可获得的曝光量一致，通过对SU-8胶进行光刻可制得具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形，这种工艺可部分取代LIGA技术，避免LIGA工艺中昂贵的同步辐射光源和特制的掩模板的限制J。因此，SU一8胶被广泛应用于制备具有高深宽比的微结构。Wang提出通过对Su一8胶进行光刻制备三维微电极结构，提高微型超级电容器中电极的比表面积；Duy借助SU．8高深宽比特性制备的三维微柱为平台，设计出了高性能的气体传感器；A1一Shehri等利用Su-8胶高深宽比的特性，研究制备了微流体流动特性的模板J

4、。然而，制备SU-8胶高深宽比微结构，大多研究是通过对温度、时间等工艺参数的优化，在直光刻技术基础上实现的j。随着微结构深宽比的增加，胶层厚度也必然相应增大，会给器件微型化、工艺条件带来巨大的挑战¨“。因此，在不增加胶层厚度的基础上，实现在相同底面积上更高的比表面积更具现实意义。本研究提出利用斜光刻技术对SU．8胶双向斜光刻形成堆叠的“X”型三维微阵列结构，在直光刻基础上进一步增大了材料的比表面积。为了制备比表面积大且结构稳定的“x”型微阵列结构，本研究在斜光刻的基础上，通过理论模型分析研究微阵列最佳排布方式，并通过实验探索最佳工艺参数，解决硅片和胶层热收缩率不同而可能导致的图形坍塌、扭

5、曲变形问题，以及“x”型结构孔洞中可能出现的堵塞、粘连情况。2斜光刻理论分析及实验制备2．1斜光刻表面积影响因素分析理论上，利用斜光刻技术替代传统的直光刻技术，可以在相同底面积、相同厚度基础上进一步增大微阵列比表面积。微阵列的表面积是由曝光角度0和微结构的阵列密度共同决定。在胶层厚度一定的2015—12-07收稿；2016-03-05接受本文系国家自然科学基金(Nos．61504113，51205275)、人社部留学基金(No．[20141240)山西省归国留学基金(2013-035)、山西省人社厅留学人员择优资助(No．[2013]251)山西省科技研究基金(Nos．201410010

6、21-2，2014011019-1)、国家863计划(No．2013AA041100)、山西省科技重大专项(No．20121101004)、山西省高等特色学科建设项目([2012]45)资助E—mail：sunboa1979@yahoo．tom第4期李刚等：基于斜光刻技术的Su．8胶三维微阵列结构制备条件下，倾斜角度越大，阵列的表面积越大。当曝光角度固定时，三维微结构比表面积将由微结构的阵列密度即微阵列的排布方式决定。如图1所示，决定阵列密度的两个参数分别是单个微柱宽度d及阵列间距(即掩膜宽度)。因此，在曝光角度固定的条件下，研究这两个参数对微阵列表面积的影响对于微阵列设计至关重要。本研

7、究将倾斜角度0设定为2O。，单个阵列的长度a设定为常数50m。将图1虚线框所标注内的部分作为1个阵列单紫外光元，其表面积由8个侧面、1个底面和1个顶面组成，考虑到“x”型结构的堆叠效应，去除顶面和底面间的交叉面积，底面和顶面的面积之和是一定值，因此，在分析计算阵列单元表面积的影响因素时，顶面和底面面积无需考虑。“x”型结构中1个阵列单元的表面积可表示为：2Wa2Wd+d。，，、单元万+——L为便于比较计算，假定将SU一8胶旋涂在面积