SU-8光刻胶等离子灰化（刻蚀）去胶及其原理介绍

SU-8光刻胶是一种可制备成厚膜（0.5-200um厚度）的环氧树脂光阻剂，其组成成分有：1）粘合剂，使光刻胶具有良好的机械性能与粘附性、热稳定性；2）感光剂，能与光发生光化学反应；3）溶剂，使光刻胶保持液体状态；4）添加剂，使光刻胶的某些特性被改变。SU-8光刻胶被广泛应用于微流体器件、微光学器件、显示器等。SU-8材料本身在物理和化学方面性质稳定，如抗压强度、硬度、强度、耐酸碱性、耐腐蚀性等，可当作器件直接使用。SU-8光刻胶具有材料属性稳固、化学性优良、稳定性好等特点，可用于x射线、电子束、紫外光等曝光成像制作高深宽比（深度与宽度的比值）、侧壁垂直度高（角度接近90°）的结构图形，还可用作干法刻蚀的阻挡层。对于现有制作工艺，未被光刻胶掩盖的部分为曝光区域，该区域中SU-8光刻胶产生的自由基分子相互热交联形成钝化性很强的环氧树脂，环氧树脂在常规后续显影、去胶过程中很难被去除。
工业NMP（甲基吡咯烷酮）能溶胀并去除SU-8光刻胶，但耗时过长。浓硫酸与双氧水的混合溶液能去除SU-8光刻胶，但对其他结构损伤严重。高温灰化法采用高温灼烧去除SU-8光刻胶，该方法简单，但对金属器件损伤严重。采用基于O2/CF4混合气体的等离子体反应刻蚀方法，有效去除了完全交联的SU-8光刻胶。采用气体离子化的方式来轰击SU-8光刻胶，保证了器件的完整性。区别于强酸强碱、高温法，该方法通过精确控制气体流量比例，达到了不损伤电镀金属等集成结构的目的。该方法适用于玻璃、金属种子层、硅片、压电陶瓷等各类衬底。
等离子去胶原理：
SU-8光刻胶是由C、H、O、N等元素组成的有机物。等离子去胶工艺采用的刻蚀气体是O2/CF4混合气体。随着温度的升高，被激活的氧等离子与有机物发生化学反应，破坏了光刻胶中较稳定的化学成分。同时，F的自由基化学活性很高，在电离过程中不断地与光刻胶中H发生化学反应而生成氟化氢（HF），促进了O2与有机物反应，生成的气态物质最终被清洗气体（N2）通过抽压方式排出。
SU-8光刻胶对工艺温度十分敏感。温度过低时，O2和CF4与光刻胶中化学分子的反应不充分，不能彻底去除光刻胶；温度过高时，光刻胶自身发生变性，无论怎么改变气体流量、时间参数，都不能去除光刻胶。功率的改变也会影响去胶速率和去胶温度（腔室内温度）。时间参数决定了能去除光刻胶的厚度范围，时间与去除光刻胶厚度呈正线性关系。
SU-8光刻胶因具有良好的机械耐久性、聚合物水密性、介电性能、生物兼容性和抗化学腐蚀性而被广泛用于MEMS器件、生物医学和芯片封装等领域。现有制作工艺中，在不损伤器件的同时完全去除和剥离SU-8光刻胶仍是一个难题。基于O2/CF4等离子刻蚀配合湿法刻蚀的去除方法，实现了SU-8光刻胶在硅基底、非晶无机非金属材料、电镀金属等材料上的有效去除。O2和CF4对需去除的光刻胶表面不断轰击，发生化学反应后分解为气体，达到去胶的目的。242982429824298