CN103885300A - 一种疏水表面光刻工艺 - Google Patents

Abstract

本发明能够实现在超疏水介质表面厚度均匀且100%覆盖的涂布光刻胶，从而得到厚度均匀且与衬底结合牢靠的光刻胶图形。本发明中不采用等离子体处理疏水介质表面，也没有后续的高温处理过程，整个工艺过程与光刻胶能承受的温度范围兼容，不仅可以在最大程度上避免疏水介质疏水性的降低，也可以应用于不耐高温的柔性基底上。本发明可以实现在各种疏水或超疏水介质表面的微加工光刻工艺。

Description

一种疏水表面光刻工艺

技术领域

本发明专利涉及一种疏水表面光刻工艺。

背景技术

光刻工艺是微加工的主要工艺，基本方法是利用在介质表面涂覆光刻胶，利用光刻模板将特定图案在光刻胶层上曝光，通过显影定影在介质表面制备出光刻胶图案。

在很多工艺过程中，如电润湿显示技术，生物微流芯片技术等，通常需要在疏水甚至超疏水介质表面进行光刻工艺，同时又要保持介质表面的疏水性能。然而在疏水或者超疏水介质表面通常无法均匀的涂覆光刻胶（比如匀胶）。本发明主要是解决在疏水的介质表面涂覆光刻胶并同时保持疏水介质表面疏水性的难题，从而实现在疏水介质表面的光刻工艺以及微观结构的制备。

电润湿显示技术以及其它一些生物微流器件等需要制备出规则的亲水性和疏水性相间隔的有序图形。通常是在超疏水介质表面利用光刻技术来加工出亲水的光刻胶图形。然而如何在超疏水介质表面均匀涂覆光刻胶，同时保持疏水介质表面的超疏水性是非常困难的。

现有的技术方案是在超疏水表面直接涂粘滞性非常大的光刻胶（如MicroChemSU-82010,SPR220-7等）。这种方案的问题是光刻胶不能100%厚度均匀地覆盖疏水表面，而且光刻胶图形与疏水介质表面结合不牢，容易脱落。另一种方案是用等离子体技术或表面活性剂处理疏水介质表面，降低其疏水性，从而使得光刻胶能比较均匀的完全覆盖疏水介质表面，光刻后再通过退火处理来恢复疏水介质的疏水性。但是这种方案容易造成疏水介质疏水性的降低，即使通过退火也很难完全得到恢复。另外，退火要在一定的温度之上进行且要保持一定的时间长度。而光刻胶能承受的温度有限，退火又有可能破坏光刻胶图形。因此这种方案在实用中十分受限。

发明内容

本发明提供一种疏水表面光刻工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，

在衬底（4）上旋图3%质量百分比浓度的透明氟树脂材料CYTOP，旋涂转速为1000转/分。然后在180℃的热板上烘烤10分钟，使之固化，形成厚度约400纳米的超疏水层（3）。

步骤二，

在步骤二所制得的超疏水层（3）采用电子束蒸发镀膜形成一层牺牲层（2），蒸镀速率为1埃/秒，厚度为40纳米，所采用的镀膜为二氧化硅（SiO₂）或者金（Au）膜。

步骤三，

在步骤二所制得的牺牲层（2）上旋图光刻胶，形成光刻胶层（1）。旋涂转速为3000转/分，旋图后进行烘烤，烘烤的温度为90-120℃，烘烤时间为1-3分钟。

步骤四，

对步骤三所形成的光刻胶层（1）在商用紫外光刻机（SUSSMJB4）上进行紫外曝光，曝光后在90-100℃下烘烤1-5分钟，烘烤完毕后进行显影，显影的时间为1-5分钟，之后进行定影，定影的时间为1-5分钟，既可得到间隔有序的光刻胶图形。

步骤五，

将步骤四所制得的具有图案的层状物，用湿化学腐蚀去除暴露出的牺牲层。腐蚀时间为20-30秒，所采用的腐蚀液选自4%的氢氟酸溶液或商用刻蚀剂TranseneGoldEtchantTFA。

步骤六，

热处理，在120℃-200℃烘烤10-30分钟。使光刻胶进一步固化，即得到疏水性和亲水性相间隔有序图形的层状物。

所述的衬底（1）选自硅片，ITO玻璃，柔性衬底PET等。

所述的光刻胶选自MicroChem SU-82002；MicroChem SU-82010；MicropositS1813。

采用的显影液选自MicroChemSU-8developer或者MicropositMF-319developer；定影液选自异丙醇或者去离子水。

英文名称说明

1.CYTOP:日本旭硝子公司（AsahiGlassCompany）生产的一种商用透明氟树脂材料（目前没有中文名称）。该材料的成分结构信息公布在旭硝子公司的网站http://www.agc.com/english/chemicals/shinsei/cytop/index.html。

2.SUSSMJB4：是SUSSMicroTech集团生产的型号为MJB4的紫外光刻机。详细信息见该公司网站http://www.suss.com/cn/products-solutions/products/mask-aligner/mjb4/overview.htm l。

3.TranseneGoldEtchantTFA:是TranseneCompany,Inc.生产的一种广泛应用于半导体工业的专门用来刻蚀金的刻蚀剂。该刻蚀剂的详细信息公布在该公司的网站http://www.transene.com/au_etchant.html。

4.MicroChemSU-82002,是MicroChemCrop.出产的一种广泛应用于半导体工业的光刻胶。详细信息见该公司网站http://www.microchem.com/Prod-SU8_KMPR.htm

5.MicroChemSU-82010:是MicroChemCrop.出产的一种广泛应用于半导体工业的光刻胶。详细信息见该公司网站http://www.microchem.com/Prod-SU8_KMPR.htm

6.MicropositS1813:是DowElectronicMaterials公司出产的一种广泛应用于半导体工业的光刻胶。详细信息见网站http://www.microchem.com/Prod-DowElect.htm

7.MicrochemSU-8developer：是MicroChemCrop.出产的一种显影液，用于SU-82002,SU-82010紫外曝光后的显影。详细信息见该公司网站http://www.microchem.com/Prod-SU8_KMPR.htm

8.MicropositMF-319developer：是DowElectronicMaterials公司出产的一种显影液，用于S1813紫外曝光后的显影。详细信息见网站http://www.microchem.com/Prod-DowElect.htm

9.SPR220-7:是DowElectronicMaterials公司出产的一种广泛应用于半导体工业的光刻胶。详细信息见网站http://www.microchem.com/Prod-DowElect.htm有益效果：

本发明通过在疏水介质表面制备一层牺牲层使得通常的微加工工艺能够在各种疏水或超疏水介质表面得以顺利实施。现有的在超疏水介质表面的微加工工艺通常需要用等离子体或者表面活性剂处理超疏水表面，这会导致疏水介质表面的疏水性下降（接触角降低约10°）；或者使用粘滞度非常大的光刻胶直接在超疏水介质表面进行微加工工艺，这虽然避免了表面疏水性的降低，但是这种做法几乎没有可能实现在超疏水表面100%均匀覆盖的光刻胶，从而导致后续微加工图形的不均匀，并且光刻胶与超疏水介质结合也不够牢靠。利用本发明工艺可以很容易地实现在超疏水介质表面厚度均匀且100%覆盖的涂布光刻胶，从而得到厚度均匀且与衬底结合牢靠的光刻胶图形。由于可以顺利的进行光刻工艺，利用本发明可以在疏水或超疏水的表面获得各种亲水性材料与疏水性材料相间隔的均匀有序的图形，可以广泛的应用于电润湿显示，生物微流芯片等技术中。本发明中不采用等离子体或表面活性剂处理疏水介质表面，完全避免了疏水介质疏水性的降低(接触角几乎不变)。本发明工艺过程简单，没有高温处理过程，整个工艺过程与光刻胶能承受的温度范围兼容，这使得本发明工艺不仅可以在硅、玻璃等耐高温的基底上进行，也可以在不耐高温的各种柔性衬底上进行，适用范围比现有的工艺广泛。同时，本发明工艺对牺牲层的材料也没有特殊要求，可以根据具体工艺要求灵活选用不同的材料。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的光刻流程示意图。

具体实施方式

一种疏水表面光刻工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，

在衬底（4）上旋图3%质量百分比浓度的透明氟树脂材料CYTOP，旋涂转速为1000转/分。然后在180℃的热板上烘烤10分钟，使之固化，形成厚度约400纳米的超疏水层（3）。所述的衬底（1）选自硅片，ITO玻璃，PET等。

步骤二，

在步骤二所制得的超疏水层（3）采用电子束蒸发镀膜形成一层牺牲层（2），蒸镀速率为1埃/秒，厚度为40纳米，所采用的镀膜为二氧化硅（SiO₂）或者金（Au）膜。

步骤三，

在步骤二所制得的牺牲层（2）上旋图光刻胶，形成光刻胶层（1）。旋涂转速为3000转/分，旋图后进行烘烤，烘烤的温度为90-120℃，烘烤时间为1-3分钟。所述步骤三中所述的光刻胶选自MicroChemSU-82002；MicroChemSU-82010；MicropositS1813。对于MicrochemSU-82002和MicrochemSU-82010的前烘为95℃时间为3分钟；对于MicropositS1813的前烘为115℃时间为1分钟。

步骤四，

对步骤三所形成的光刻胶层（1）在商用紫外光刻机(SUSSMJB4)上进行紫外曝光，曝光后在90-100℃下烘烤1-5分钟，烘烤完毕后进行显影，显影的时间为1-5分钟，之后进行定影，定影的时间为1-5分钟，既可得到间隔有序的光刻胶图形。所采用的显影液选自MicroChemSU-8developer或者MicropositMF-319developer；定影液选自异丙醇或者去离子水。对于MicroChemSU-82002和MicroChemSU-82010光刻胶，显影前在95℃后烘3分钟，选用的显影液为MicroChemSU-8developer,显影5分钟，然后用异丙醇漂洗5分钟定影；对于MicropositS1813选用的定影液为MicropositMF-319developer，显影1分钟，然后用去离子水冲洗1分钟定影。

步骤五，

将步骤四所制得的具有图案的层状物，用湿化学腐蚀去除暴露出的牺牲层。腐蚀时间为20-30秒，所采用的腐蚀液选自4%的氢氟酸溶液或商用刻蚀剂TranseneGoldEtchantTFA。对于二氧化硅膜，采用4%的氢氟酸溶液，腐蚀30秒；对于金膜，采用TranseneGoldEtchantTFA腐蚀20秒。

步骤六，

热处理，在120℃-200℃烘烤10-30分钟。使光刻胶进一步固化，即得到疏水性和亲水性相间隔有序图形的层状物。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种疏水表面光刻工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，

在衬底（4）上旋图3%质量百分比浓度的透明氟树脂材料CYTOP，旋涂转速为1000转/分,然后在180℃的热板上烘烤10分钟，使之固化，形成厚度约400纳米的超疏水层（3）;

步骤二，

在步骤二所制得的超疏水层（3）采用电子束蒸发镀膜形成一层牺牲层（2），蒸镀速率为1埃/秒，厚度约为40纳米，所采用的镀膜为二氧化硅（SiO₂）或者金（Au）膜;

步骤三，

在步骤二所制得的牺牲层（2）上旋图光刻胶，形成光刻胶层（1），旋涂转速为3000转/分，旋图后进行烘烤，烘烤的温度为90-120oC，烘烤时间为1-3分钟;

步骤四，

对步骤三所形成的光刻胶层（1）在商用紫外光刻机（SUSSMJB4）上进行紫外曝光，曝光后在90-100℃下烘烤约1-5分钟，烘烤完毕后进行显影，显影的时间为1-5分钟，之后进行定影，定影的时间为1-5分钟，即可得到间隔有序的光刻胶图形;

步骤五，

将步骤四所制得的具有图案的层状物，用湿化学腐蚀去除暴露出的牺牲层;腐蚀时间为20-30秒，所采用的腐蚀液选自4%的氢氟酸溶液或商用刻蚀剂Transene Gold Etchant TFA;

步骤六，

热处理，在120℃-200℃烘烤10-30分钟;使光刻胶进一步固化，即得到疏水性和亲水性相间隔有序图形的层状物。

2.如权利要求1所述的一种疏水表面光刻工艺，其特征在于，所述步骤一中所述的衬底（1）选自硅片，ITO玻璃，柔性衬底PET等。

3.如权利要求1所述的一种疏水表面光刻工艺，其特征在于，所述步骤三中所述的光刻胶选自Micro ChemSU-82002；Micro ChemSU-82010；MicropositS1813。

4.如权利要求1所述的一种疏水表面光刻工艺，其特征在于，所述步骤四种所采用的显影液选自MicroChemSU-8developer或者MicropositMF-319developer；定影液选自异丙醇或者去离子水。

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