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SU-8は、一般的に使用されているエポキシベースのネガ型フォトレジストです。ネガ型とは、紫外線にさらされた部分が架橋され、フィルムの残りの部分は溶解性のままで、現像時に洗い流すことができるフォトレジストを指します。
構造図に示されているように、SU-8 は 8 つのエポキシ基が存在することからその名前が付けられています。これは、部分あたりの統計的平均です。これらのエポキシが架橋して最終構造を形成します。
これは、 1マイクロメートル未満から300マイクロメートルを超える厚さに回転または塗布できる粘性 ポリマー、または最大1ミリメートルを超える厚さのラミネート用の厚膜ドライシート（TFDS）にすることができます。 500μmまで、レジストは標準的なコンタクトリソグラフィーで処理できます。[1] 500μmを超えると、吸収により側壁アンダーカットが増加し、基板インターフェースでの硬化が不十分になります。 高アスペクト比の構造をパターン化するために使用できます。 アスペクト比（> 20）は溶液配合で達成され、 [2]ドライレジストでは（> 40）が実証されています。[3]最大吸収は、 iラインの波長：365nmの紫外線です（SU-8をgラインの紫外線で露光することは現実的ではありません）。露光されると、SU-8の長い分子鎖が架橋し、材料の重合を引き起こします。 SU-8 シリーズのフォトレジストは、ガンマブチロラクトンまたはシクロペンタノンを主な溶剤として使用します。
SU-8 はもともと、半導体デバイスの製造に高解像度のマスクを提供するために、 マイクロエレクトロニクス業界向けのフォトレジストとして開発されました。
現在では、主にマイクロ流体（主にソフトリソグラフィー経由だが、 ナノインプリントリソグラフィー[4]などの他のインプリント技術も使用）や微小電気機械システムの部品の製造に使用されている。また、最も生体適合性の高い材料の一つとしても知られており[5] 、生命科学用途のバイオMEMSでよく使用されている。[6]
構成と処理
SU-8は、有機溶媒（配合に応じてガンマブチロラクトンGBLまたはシクロペンタノン）に溶解したビスフェノールAノボラック エポキシと、光酸発生剤として最大10重量％のトリアリールスルホニウム/ヘキサフルオロアンチモネート混合塩で構成されています。[7]
SU-8 は紫外線領域の光を吸収し、ほぼ垂直な側壁を持つ比較的厚い (数百マイクロメートル) 構造の製造を可能にします。1 つの光子が複数の重合を誘発できるという事実により、SU-8 は光酸生成によって重合する化学増幅レジストとなります。[8]レジストに照射された光は溶液中の塩と相互作用し、ヘキサフルオロアンチモン酸を生成し、これが樹脂モノマーのエポキシ基をプロトン化します。モノマーはこのように活性化されますが、露光後ベークの一部として温度が上昇するまで、重合は大幅には進みません。この段階で樹脂のエポキシ基が架橋して硬化構造を形成します。完全に硬化すると、高い架橋度によりレジストに優れた機械的特性が与えられます。[9]
SU-8 の処理は他のネガ型レジストと同様ですが、特にベーキング工程での温度制御に注意してください。ベーキング時間は SU-8 層の厚さによって決まります。層が厚いほど、ベーキング時間は長くなります。ベーキング中の温度制御は、溶剤が蒸発する際に厚い層に生じる応力(ひび割れの原因)を軽減するためです。
ソフトベークは、応力形成のためのベークステップの中で最も重要なステップです。これはスピンコーティング後に行われます。その機能は、レジストから溶剤を除去して層を固体にすることです。通常、ソフトベーク後、少なくとも 5% の溶剤が層内に残りますが、コーティングが厚くなるほど、溶剤を除去するのが難しくなります。コーティングが厚くなると、厚い層を通して溶剤を蒸発させることがますます難しくなるためです。ベークは、表面での溶剤枯渇によるスキンニング効果を軽減するために、プログラム可能なホットプレート上で行われます。これにより、残りの溶剤を除去しにくくする高密度の層が形成されます。応力を軽減するために、ベーク手順は通常、65 °C で保持してから 95 °C まで上げ、層の厚さに応じた時間再び保持するという 2 段階のプロセスになります。次に、温度をゆっくりと室温まで下げます。
ドライフィルムを使用する場合、フォトレジストはスピンコートではなくラミネートされます。この配合は基本的に無溶剤 (残留溶剤 1% 未満) であるため、ソフトベークステップは必要なく、ストレスや皮張りも発生しません。接着性を高めるために、ラミネート後のベークを追加できます。このステップは、溶液ベースのレジストと同様の方法で実行されます。つまり、65 °C で保持してから 95 °C で保持します。時間はフィルムの厚さによって異なります。
この段階の後、SU-8 層を露光できます。レジストはネガ型なので、通常は反転パターンのフォトマスクを介して露光します。露光時間は露光量とフィルムの厚さによって決まります。露光後、SU-8 を再度ベークして重合を完了する必要があります。このベーク手順はプリベークほど重要ではありませんが、温度上昇 (再び 95 °C) はゆっくりと制御する必要があります。この時点で、レジストは現像する準備が整います。
SU-8の主な現像液は1-メトキシ-2-プロパノールアセテートです。[10]現像時間は主にSU-8の厚さに依存します。
露光・現像後、その高度に架橋された構造により、化学薬品や放射線による損傷に対して高い安定性が得られるため、「レジスト」という名前が付けられています。硬化した架橋SU-8は、真空中で非常に低いレベルのガス放出を示します。[11] [12] しかし、除去するのは非常に難しく、露光されていない状態ではガスを放出する傾向があります。[13]
新しい処方
SU-8 2000シリーズのレジストは、シクロペンタノンを主溶媒として使用し、0.5～100μmの厚さのフィルムを作成するために使用できます。この配合は、元の配合と比較して、一部の基板への接着性が向上する可能性があります。[14]
SU-8 3000シリーズのレジストもシクロペンタノンを主溶媒として使用し、1回の塗布で2～75μmの厚い膜を形成できるように設計されています。[14]
SU-8 GLM2060シリーズの低応力フォトレジストは、エポキシGBLとシリカ配合CTE 14で構成されています。[15]
SU-8 GCM3060シリーズは銀ナノ粒子を配合したGERSTELTEC導電性SU8です。 [15]
GERSTELTECのSU-8 GMC10xxシリーズはSU8レッド、ブルー、グリーン、ブラックなどのカラーバリエーションがあります。[15]
SU-8 GMJB10XXシリーズはインクジェット用途向けのGERSTELTEC低粘度エポキシです。[15]
クラシックGERSTELTECエポキシのSU8 GM10XXシリーズ。[16]
その重合プロセスは、光酸発生剤（例えば、トリアリールスルホニウム塩）の光活性化とそれに続く露光後のベーキングによって進行します。重合プロセスは、エポキシド基の開環重合によって起こるカチオン鎖成長です。
SUEXは厚手ドライフィルムシート（TDFS）で、ラミネート加工により無溶剤で塗布されます。このシートは乾燥しているため、均一性が高く、エッジビード[17]が形成されず、無駄がほとんどありません。これらのシートの厚さは100μmから1mm以上まであります。[18] DJMicrolaminatesは、より薄いADEX TFDSも販売しており、厚さは5μmから75μmまであります。[18]
外部リンク
- SU-8: MEMS 用厚膜フォトレジスト 材料データやプロセスのコツが満載の Web ページ。
- http://www.gersteltec.ch/
- マイクロケムデータシート
- SU 8 情報 SU 8 を使用して必要な厚さを作成する方法に関する情報を提供します。
- SU-8 スピン速度計算機 SU-8 タイプを選択し、指定された厚さの RPM を計算します。
- サプライヤー: 溶液ベースのSU-8はMicrochemまたはGersteltecから入手できます。SUEXドライシートは、以前はDJ Devcorpとして知られていたDJ Microlaminatesから入手できます。
参考文献
- ^ 「SU-8レジスト：FAQ」。MicroChem。2009年5月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年7月21日閲覧。
- ^ Liu J, Cai B, Zhu J, et al. (2004). 「SU-8レジストを使用した高アスペクト比微細構造のプロセス研究」Microsyst. Technol. 10 (4): 265–8. Bibcode :2004MiTec..10..265L. doi :10.1007/s00542-002-0242-2. S2CID 111062837.
- ^ Johnsona DW、Goettertb J、Singhb V、他 (2012)。「SUEX ドライフィルムレジスト - 高アスペクト比リソグラフィー用の新素材」(PDF)。ルイジアナ州立大学紀要。
- ^ Greener J、Li W 、 Ren J、他 (2010 年 2 月)。「フォトリソグラフィーとホットエンボス加工を組み合わせた熱可塑性ポリマーによるマイクロ流体リアクターの迅速でコスト効率の高い製造」。Lab on a Chip。10 ( 4): 522–4。doi : 10.1039/B918834G。PMID 20126695 。
- ^ Nemani KV、Moodie KL、 Brennick JB 、他 (2013)。「SU-8生体適合性のin vitroおよびin vivo評価」。材料科学および工学：C。33（7）：4453–9。doi ：10.1016/j.msec.2013.07.001。PMC 3843949。PMID 23910365。
- ^ Arscott S (2014). 「ラボオンチップベースの質量分析法の材料としてのSU-8」。Lab on a Chip . 14 (19): 3668–89. doi :10.1039/C4LC00617H. PMID 25029537.
- ^ 「NANO SU-8: ネガティブトーンフォトレジスト - 配合50-100」(PDF)。Microchem.com 。2011年。 2012年4月25日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2019年6月12日閲覧。
- ^ del Campo A, Greiner C (2007). 「SU-8: 高アスペクト比および 3D サブミクロンリソグラフィー用のフォトレジスト」J. Micromech. Microeng. 17 (6): R81–R95. doi :10.1088/0960-1317/17/6/R01. S2CID 18148474.
- ^ Martinez-Duarte R、Madou M (2011)。「SU-8 フォトリソグラフィーとマイクロ流体工学への影響」。Mitra SK、Chakraborty S (編)。マイクロ流体工学およびナノ流体工学ハンドブック: 製造、実装、およびアプリケーション (第 1 版)。ニューヨーク: CRC プレス。pp. 231–268。ISBN 9781138072381。
- ^ 「SU-8 Developer」。Lambers Wiki（Material Safety Data Sheet）。2005年。2017年12月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年6月12日閲覧。
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- ^ Melai J, Salm C, Wolters R, et al. (2009). 「SU-8からのガス放出の定性的および定量的特性評価」(PDF) . Microelectronic Engineering . 86 (4–6): 761–764. doi :10.1016/j.mee.2008.11.008. S2CID 137789516.
- ^ 「SU-8 フォトレジスト処理」(PDF) . engineering.tufts.edu . 2007年。 2009年11月9日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2019年6月12日閲覧。
- ^ ab 「SU-8 2000 永久エポキシネガティブフォトレジスト処理ガイドライン」（PDF） 。Microchem。 2017年4月15日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
- ^ abcd 「SU-8機能性ポリマー」。Gersteltecエンジニアリングソリューション。 2019年6月12日閲覧。
- ^ 「SU8」。Gersteltec Engineering Solutions 。 2019年6月12日閲覧。
- ^ S. Arscott、「スピンコート液体フィルムのエッジビード平坦化と表面レベリングの限界」、J. Micromech. Microeng. 30、025003、(2020)。
- ^ ab "SUEX". djmicrolaminates.com . 2017年2月15日閲覧。