TW593128B - Method for manufacturing three-dimensional microstructure - Google Patents

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五、發明説明（ 發明領域
本發明係關於一綠—A 、 二、、隹微結構之製造方法，尤其係關於 一種採用厚膜光阻之捣旦/ 4 u At 、 彳政衫技術，精由控制曝光劑量而形成 一微結構。 發明背景 目前微米級的微結構元件已廣泛應驗汽車、航空、生 化感測貝成及醫療等領域，該微結構元件之加工精度 在數個微米左右，而表面粗糙度達到次微米以下的鏡面標 準’非一般傳統之加卫與製造技術可達成。 微通道係微結構元件中常見之構造，可作為微量液體之 引流與儲存，因此無論是應用於生化試劑、藥物滴定或嘴 印表頭都有其相當之效果。目前有四種主要的方法是使 用厚膜光阻形成微通道之微結構，而使用厚膜光阻特別是 SU-8有實施容易及製造成本低的優點，此乃相較於其他的 微加工（micromachining )技術，例如：微光刻電鑄模造 (LIGA)技術。第一種方法係使用SU_8層12、14及填充 物1 3在基材1 1上形成微通道的空間，再去除該填充物i 3 後即得到微通道，其中紫外光15係作為su_8層之曝光的 光源，如圖1 ( a )〜1 ( c )之步驟所示。然此種方法需要使用 兩種材料及至少三次曝光的步騾，填充物i 3不僅和s 8 之性質有很大的差異，並且會影響到後續的製程執行。 弟一種方法凊參考圖2(a)〜2(c)，使用一金屬光罩 (metal mask ) 2 4直接覆蓋在整個s U · 8層上。該s U - 8層係 先塗佈在一基材21上，並經過曝光後分成感光的部分22及 4
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未感光的部分23。而在金屬光罩24上再塗佈另一層SU-8 層2 5 ’並進行紫外光2 6之曝光照射。因此下層S U - 8之未 感光的部分23仍未受到紫外光26之照射，會溶於顯影劑而 开y成微通道。但由於該金屬光罩2 4係一薄膜狀物質易產生 裂缝致使後續疊層失敗，而造成裂縫之原因肇始於金屬蒸 鏡或後續洪烤製程之溫度上昇。不但如此，在後續去除該 金屬層時也會造成整個結構體的破壞。第三種方法是滾壓 R1 s t 〇 η乾膜3 3 ( dry film )與底部SU8層32黏合而在基材 31上形成微通道，如圖3(a)〜3(b)所示，此種方法之問題 在於上下兩層物質黏著時是否能夠均句一致。最後一種方 法係利用質子束（proton beam ) 4 4達到S U 8層部分曝光的 效果而形成微通道，如圖4(a)〜4(c)所示。首先需將質子 束44之能量碉高至SU-8層的全厚度都感光，因此除了光 罩46下方的為未感光的部分43，其他面積皆為全厚度之感 光的部分4 2 °然後再將質子束4 5之能量調低使S U · 8層的 上部為感光部分42,而其下部仍是未感光的部分43。該方 法主要利用質子束4 4可以精準地控制曝光劑量，然而其來 源取得不易非一般用途所能羅致。 综觀上述四種形成微通道之方法，有的是要使用兩種以 上的材料及繁複的步驟，也有的是要以昂貴的質子束產生 益才能完成。 發明之簡要說明 本發明之目的係提供一種三維微結構之製造方法，係採 用厚膜光阻以半導體製程形成多層相連通之真正三維之微 H:\HU\LGC\曾繁根台灣專利\76931.DOC _ S _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)
裝 η
線 593128 發明説明 結構。 本發明之次一目的係提供一種控制厚膜光阻之曝光深度 的方法，利用一抗反射層吸收底部之反射光線，並控制曝 光劑量之多寡可達到預期的曝光深度。 本發明之又一目的係提供一種簡易之方法產生三維的微
結構，利用較少的曝光製程步騾與一般的半導體設備就可 實施0 裝
線 為了達到上述目的，本發明揭示一種三維微結構之製造 方法’係在一基材上先行塗佈一會吸收光線的抗反射層， 再將厚膜光阻覆蓋在該抗反射層上，藉由第一層光罩完全 曝光後，再使用第二層光罩並控制曝光劑量達到預定的曝 光深度。將未感光部分之厚膜光阻以顯影劑去除就可得到 單層的微結構。反之，若想要產生多層的微結構就需要重 複上述步驟’當疊層完全形成後才將該未感光部分構成之 微通道以顯影劑溶出並上下連通。 屬_式之簡單說明 本發明將依照後附圖式來說明，其中： 圖1(a)〜1(c)係一習知之微結構之製造步騾之示音圖； 圖2 (a)〜2(c)係另一習知之微結構之製造步驟之示意 因 · 圖， 圖3 ( a)〜3 (b)係另一習知之微結構之製造步驟之示意 圖； 圖4 (a)〜4(b)係另一習知之微結構之製造步驟之示意
Tgl · 圓， H:\HU\LGC1 繁根台灣專利\76931.DOC ' ^ ~ 本紙珉尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 593128 A7 B7 五、發明説明（4 ) 圖5(a)〜5(f)係本發明之三維微結構之製造步驟之示意 圖， 圖6(a)〜6(b)係本發明之三維微結構之形成原理之說明 對照圖；及 圖7係曝光深度與劑量密度之關係圖。 元件符號說明 1卜 21、31、41、51、61 、6 1 1 基材 12 具圖案之SU-8層 13 填充物 14 上方之SU-8層 15 紫外光 22 SU-8層之感光部分 23 SU-8層之未感光部分_ 24 金屬光罩 25 上方之SU-8層 26 紫外光 32 具圖案之SU-8層 33 R i s t ο η乾膜 34 滚壓的工具 42 SU_8層之感光部分 43 SU-8層之未感光部分 44 較高能量的質子束 45 較低能量的質子束 46 光罩 5 11 第一層微結構 5 12 第二層微結構 52 1 第一抗反射層 522 第二抗反射層 531、531·第一 SU-8層之感光部分 5 3 2 第二SU-8層之感光部分 541、54厂第一 SU-8層之未感光部分 5 42 第二SU-8層之未感光部分 551 第一道光罩 5 5 2 第二道光罩 H:\HU\LGC\曾繁根台灣專利V76931.DOC - 7 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593128 A7 B7 五、發明説明（5 ) 56紫外光 571第一層微通道 5 7 2 第二層微通道 62、 62’ SU-8層之已感光部分 63、 631’二次曝光後SU-8層新增之感光部分 632’ 二次曝光後SU-8層之未感光部分 64 第二道光罩 6 5 紫外光 6 6 抗反射層 較佳實施例說明 圖5 ( a )〜5 ( f)係本發明之三維微結構之製造步驟之示意 圖。如圖5 ( a)所示，先在基材5 1上塗佈一均勻的第一抗反 射層5 2 1。一般多選用半導體的矽晶圓作為基材5丨，而抗 反射層則是另一種可用來吸收光線的光阻材料，其中以富 士軟片（Fujifilm)製造的CK-6020L之性質較適合，尤其 可將進入之紫外光線完全吸收。 以旋轉（spin-on)的方式在第一抗反射層5 2 1的上方塗佈 一均勻的SU-8層，接著利用第一道光罩551進行第一次曝 光的制私’如此SU-8層會形成感光邵分531與未感光部分 541，如圖5(b)所示。SU-8為負型化學增幅系光阻，因此 其具有其他厚膜光阻所沒有的解析度、高深寬比性以及極 佳的機械與抗酸鹼特性，經紫光線5 6曝照之感光部分5 3 J 會產生化學鏈結反應，也就顯影時該部分是不會分解於溶 液中。如圖5 ( c )所示進行第二次曝光的制程，採用第二道 光罩552致使微通遒之上壁與通路產生。換言之，調整曝 光的劑量及利用第一抗反射層5 2 1吸收光線的特性，就可 H:\HU\LGC\ 曾繁根台灣專利\76931.D0C . g _ 本紙張尺度適财關家料(CNS) Α4_·(⑽χ撕公爱)------- 裝
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控制原本未感光部分5 4〗夕B異止、时 341又曝光深度，形成上方的SU-8完 成感光反應而下方卻仍維祛 | w维持原狀，因此已感光的部分5 3 i， 之體積較原531為增加。趸此，山土 * ^ 、 曰刀口 主此’由未感光邵分54Γ所定義 之微通道已經形成。如耍i制 如果要I作一層的微結構就可直接以 顯影液溶出該未感光部分541’。但若要得到多層的微結構 就需要保留未感光部分541，到最後步驟才—併去除。如圖5(d)所示，在疊上另一層微結構前需要塗佈第二抗 反射層522。如同前面敘述之各步驟再重複一遍，就可以 待到另疊層的微結構，亦分為感光部分532和未感光部 分5 4 2 ’如圖5 ( e)所示。最後的步驟就是以顯影液溶去所 有未感光的部分5 4 1，及5 4 2，同時需要利用適合的溶劑將 第一杬反射層521位在通路的部分去除，如此第一層微通 道571及第二微通道572才得以形成並相互連通，如圖5(f) 所不。經由前述所有步騾，故可得到一具有第一層微通道 5 1 1及第二層微通道5 1 2之三維的微結構體。 圖6(a)〜6(b)係本發明之三維微結構之形成原理之說明 對照圖。圖6(a)係未使用抗反射層之對照例，當紫外光65 通過原本未感光部分到達基材61之介面會產生漫反射，因 此會使得下方的S U - 8層也產生完全的感光反應，因此除了 原本的感光部分62外又新增一全厚度之感光部分63，這使 得微通道很難如預期的方式產生。但若設置一抗反射層6 6 在基材6 P與S U - 8層之間，只要調整曝光之劑量則可輕易 控制曝光的深度d，該曝光深度d就是將要形成之微通道的 上壁厚度，如圖6 (b )所示。亦即該抗反射層6 6將穿透SU-
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裝 訂
線 593128 A7 B7 五、發明説明（7 ) 8層的光線冗全吸收，因此紫外光6 5之能量無法匯集在 s u_ 8層的下方，所以在二次曝光後仍有未感光的部分 6 3 2 1及上方新增一感光部份6 3丨，，該未感光的部分6 3 2 ’經 顯影的步驟後即形成微通道。表一為經由實驗得到之曝光 深度d與劑量之關係表，請參考如下。由這些數據繪圖可 以得到雙線性的關係式，數據4為斜率之轉換點，請參考 圖7 〇 表一：曝光深度d與劑量之關係表 數據項次 1 2 3 4 5 . 6 d ( β m ) 14 23.2 27.2 3 1 45.2 6 1.1 劑量 (m J/cm2 ) 22.5 16 1.7 176.4 19 1.1 196 200.9 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之重點及揭示而做種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所闡述者，應為以下申請專利範圍所涵蓋 H:\HU\LGO曾繁根台灣專利V76931 .DOC , -1 t a a x 297/>t)

Claims (1)

  1. 593128 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1.-種三維微結構之製造方法，包含下列步驟： 形成一第一厚膜光阻層於一基材上； I該第厚膜光阻層進行第一次曝光，且產生感光部 分與未感光部分； 於該第一厚膜光阻層進行第二次曝光，且藉由調整該 曝光之劑量而在該未感光部分得到_曝錢度，其中該 曝光冰度代表該微結構之上壁厚度；及 去除該未感光之部分。 2 .如申凊專利範圍第i項之三維微結構之製造方法，其 包含一在該基材上塗佈—可吸收光線之抗反射層之 驟。 3 ·如申請專利範園第丨項之三維微結構之製造方法，其 包含在該第一層膜光阻層上方再形成第二層膜光阻層 步驟。 4 ·如申請專利範圍第3項之三維微結構之製造方法，其 包含下列步驟： 於孩第二厚膜光阻層進行第一次曝光，且產生已感 邵分與未感光部分；及 於該第一厚膜光阻層進行第二次曝光，且藉由調整 曝光之劑量在該未感光部分得到一曝光深度，其中該 光深度代表该微結構之上壁厚产。 5 ·如申請專利範圍第3項之三維微結構之製造方法，其 包含一在該第一厚膜光阻層上塗佈一可吸收光線之抗 射層之步驟。 另 步 另 之 另 光 該 曝 另 反 — 省 — — — ιιι-τ — — —-· ^^ .-—111!1 訂·---- ---- (請先閱讀背.S之注意事項再填寫本頁) · · ΗΛΗΤ 1\Τ ΠΓ\ # A .1» A 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公 593128 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 6 ·如申請專利範圍第4項之三維微結構之製造方法 包含最後才去除各厚膜光阻層未感光之部分，且 位於微通道之抗反射層去除之步騾。 7 ·如申請專利範圍第1項之三維微結構之製造方法 該第一厚膜光阻係使用一負型化學增幅系之光阻。 8 ·如申請專利範圍第7項之三維微結構之製造方法 該負型化學增幅系之光阻包含S U - 8。 9 ·如申請專利範圍第3項之三維微結構之製造方法 該第二厚膜光阻係使用一負型化學增幅系之光阻。 1 0 ·如申請專利範圍第9項之三維微結構之製造方法 該負型化學增幅系之光阻包含S U - 8。 1 1 ·如申請專利範圍第2項之三維微結構之製造方法 該抗反射層係使用一可吸收紫外光之材料。 1 2 .如申請專利範圍第5項之三維微結構之製造方去 該抗反射層係使用一可吸收紫外光之材料。 1 3 _如申請專利範圍第1項之三維微結構之製造方去 該曝光之光源係使用一紫外光。 1 4 ·如申請專利範圍第1項之三維微結構之製造方去 該基材包含矽晶圓。 其另 併將 其中 其中 其中 其中 其中 其中 其中 其中 ί請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} ------訂---------線. 12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚）
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