第2期 刘景全等:SU-8胶与基底结合特性的实验研究 紫外线光刻胶。它在近紫外光范围内光吸收 度低,故整个光刻胶层所获得的曝光量均匀 致,可得到具有垂直侧壁外形和高深宽比 的厚膜图形;它还具有良好的力学性能、抗化 学腐蚀性和热稳定性;SU-8不导电,在电 镀时可以直接作为绝缘体使用。由于它具有 较多优点,SU-8正被逐渐应用于MEMs 芯片封装和微加工等领域 SU-8胶是由多功能团、多分支有机环 图1光刻胶图形 氧胶溶于有机液中,并加入光催化剂而成的。 在实验中我们发现SU-8胶与硅基底 由于其典型结构中含有八个环氧团,囚此称的结合力大,有利于形成高深宽比的光刻胶 为SU-8。SU-8中含有少量光催化剂微结构。硅是半导体,利用硅基底电铸效果 (PAG)。当曝光时,光子被吸收光催化剂产不好,且与金属结合性不好;而SU-8胶与 生光化学反应,生成强酸。该强酸将在后烘金属基底的结合性很差,这不利于用金属基 (PEB)时作为催化剂使SU-8在含有强酸底电铸出金属微结构。因此有必要寻找一些 的区域和PEB阶段7-10产生热交联 与SU-8胶结合性好的导电基底。本文分 SU-8胶的环氧基与金属基底形成共别以S、金属膜Cu、C和T为基底,考察SU 价键能力要强于SU-8胶与硅的成键能力, 8胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以 理论上SU-8胶对金属基底的结合要好。及基底对近紫外光的折射特性,找出影响 实际应用中,SU-8胶对金属基底的结合不SU-8胶与基底结合性的主要参数。 好限制了其深宽比的提高。本文从SU-82.1SU-8胶与基底的浸润性实验 胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以及基 首先进行SU-8胶与基底的浸润性实 底对近紫外光的折射特性对S-8胶与基验。为便于分析SU-8胶与不同基底的浸 底的结合力进行分析。首次指出在近紫外光润性,通过接触角来评价基底与SU-8胶的 的折射率高的基底与SU-8胶有很好的结浸润程度。实验目的在于定性比较出不用基 合性。这有利于为MEMS提供低成本、高深底的接触角大小的顺序。 宽比的金属微结构。 将一滴SU-8胶置于固体表面上,其平 衡形状取决于固体表面能、SU-8胶表面能 2试验 以及固体和SU-8胶界面能之问的平衡关 系。达到平衡时总界面能最小。此时,SU- 图1为在金属基底上经SU-8胶光刻8胶与固相表面的接触界面处形成相对的面 后的图形。图中大的圆柱因与基底的结合面间角,称之为接触角。接触角越小其浸润性 积大,能够保持垂直;而小圆柱因与基底的接越强。为便于比较接触角大小,我们采用如 触面积小,结合力差,不足以支撑图形而坍下方法: 塌。图屮小圆柱的侧壁光滑,如果能提高其 设在不同的基底上滴相同体积v的SU 结合力,使其保持垂直,其深宽比将大大提8胶,当达到界面平衡时,通过测量SU-8 高,有利于提高其加工能力。 胶与基底接触面上直径D的大小,来比较接 触角θ。在重力可略去的情况下,液滴的形 万方数据第2期 刘景全等：SU一8胶与基底结台特性的实验研究 29 紫外线光刻胶。它在近紫外光范围内光吸收 度低，故整个光刻胶层所获得的曝光量均匀 一致，可得到具有垂直侧壁外形和高深宽比 的厚膜图形；它还具有良好的力学性能、抗化 学腐蚀性和热稳定性；SU一8不导电，在电 镀时可以直接作为绝缘体使用。由于它具有 较多优点，SU一8正被逐渐应用于MEMS、 芯片封装和微加工等领域L’…。 SU一8胶是由多功能团、多分支有机环 氧胶溶于有机液中，并加入光催化剂而成的。 由于其典型结构中含有八个环氧团，因此称 为SU一8。Su一8中台有少量光催化剂 (PAG)。当曝光时，光子被吸收，光催化剂产 生光化学反应，生成强酸。该强酸将在后烘 (PEB)时作为催化剂，使Su一8在含有强酸 的区域和PEB阶段旷”J产生热交联。 SU一8胶的环氧基与金属基底形成共 价键能力要强于SU一8胶与硅的成键能力， 理论上SU一8胶对金属基底的结合要好。 实际应用中，Su一8胶对金属基底的结合不 好，限制了其深宽比的提高。本文从SU一8 胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以及基 底对近紫外光的折射特性对SIT一8胶与基 底的结合力进行分析。首次指出在近紫外光 的折射率高的基底与SU一8胶有很好的结 合性。这有利于为MEMS提供低成本、高深 宽比的金属微结构。 2试验 图1为在金属基底上经SU一8胶光刻 后的图形。图中大的圆柱因与基底的结合面 积大，能够保持垂直；而小圆柱因与基底的接 触面积小，结合力差，不足以支撑图形而坍 塌。图中小圆柱的侧壁光滑，如果能提高其 结合力，使其保持垂直，其深宽比将大大提 高，有利于提高其加工能力。 图1光刻腔图形 在实验中我们发现su一8胶与硅基底 的结合力大，有利于形成高深宽比的光刻胶 微结构。硅是半导体，利用硅基底电铸效果 不好，且与金属结合性不好；而SU一8胶与 金属基底的结合性很差，这不利于用金属基 底电铸出金属微结构。因此有必要寻找一些 与SU一8胶结合性好的导电基底。本文分 别以Si、金属膜Cu、Cr和Ti为基底，考察SU 一8胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以 及基底对近紫外光的折射特性，找出影响 SU一8胶与基底结合性的主要参数。 2．1 SU一8胶与基底的浸润性实验 首先进行su一8胶与基底的稷润性实 验。为便于分析SU一8胶与不同基底的浸 润性，通过接触角来评价基底与SU一8胶的 浸润程度。实验目的在于定性比较出不用基 底的接触角大小的顺序。 将一滴SU一8胶置于固体表面上，其平 衡形状取决于固体表面能、SU一8胶表面能 以及固体和SU一8胶界面能之间的平衡关 系。达到平衡时总界面能最小。此时，SU一 8胶与固相表面的接触界面处形成相对的面 间角，称之为接触角。接触角越小其漫润性 越强。为便于比较接触角大小，我们采用如 下方法： 设在不同的基底L滴相同体积v的SU 一8胶，当达到界面平衡时，通过测量SU一8 胶与基底接触面上直径D的大小，来比较接 触角0。在重力可略去的情况下，液滴的形 万方数据