Tips:汶顥提供微流控芯片模具及軟光刻相關設備，如勻膠機（又叫旋涂機等）、烘膠臺、SU-8系列光刻膠及顯影液產品和相關技術輸出服務。

在軟光刻技術中，通常用SU-8模具復制PDMS微流體結構芯片。為了制造這種SU-8母版，通常使用標準光刻工藝。因此，第一個關鍵問題是在硅晶片上應用SU-8光刻膠層，如圖1所示。

用于制作SU-8主模具的光刻標準協議：首先必須在硅晶圓上沉積一層薄的SU-8層

SU-8涂層是影響光刻工藝后續步驟的關鍵步驟。事實上，SU-8膜的均勻性和平滑度（例如，氣泡的存在）的任何變化將導致烘烤期間的非均勻加熱和/或不均勻暴露于UV光。因此，SU-8膜的區域可以以不同的速率聚合。這篇簡短的教程旨在提供一些關于為了在晶圓表面均勻涂布SU-8而必須遵循的設備和方案的見解。

軟光刻SU-8涂層：旋涂或噴涂？

光刻膠可以通過不同的技術（如光刻膠電沉積）應用于晶圓上。然而，本教程僅考慮在制造微流控芯片期間用SU-8涂覆晶片的兩種最主要的方法。

旋涂：基礎

旋涂工藝用  旋涂機完成（見圖2a）。圖2b說明了旋涂工藝的原理。待涂覆的基底位于可以高速（例如2000-8000rpm）旋轉的卡盤上。使用真空線以便將晶片牢固地保持在適當位置。將SU-8輕輕沉積在晶片的中心，以覆蓋晶片表面的2/3左右。當晶片加速時，離心力會使光致抗蝕劑擴散到晶片的邊緣; 在其表面留下薄膜。

旋轉涂抹機的照片

旋涂工藝的例子

噴涂：基礎知識

圖3a顯示了噴涂單元的一個例子。噴霧系統通常包括產生微米級液滴分布的噴嘴。類似于旋涂機，待涂布的晶片通過真空系統保持在卡盤上。在噴涂過程中，晶片以較低的角速度（30-60rpm）旋轉，同時噴涂單元的旋轉臂移過晶片（見圖3b）。

顯示晶片卡盤（1），帶噴頭（2）的旋轉臂和光刻膠注射泵（3）[2]的噴涂裝置的照片。

旋涂工藝的例子

盡管該過程可以通過如圖3a所示的單元實現自動化，但可以注意到，噴涂也可以使用便攜式自攜噴霧罐以成本有效的方式手動執行。

用于手動噴涂的氣溶膠噴霧罐的例子

旋涂與噴涂：比較

旋涂具有許多優點。首先，它是一種非常成熟和強大的技術。從而可以實現出色的結果。具有各種粘度的SU-8光刻膠可以直接與旋涂工藝一起使用。可以高度均勻地獲得大范圍的厚膜（從超薄層到數百微米厚的層）。而且，旋涂提供了良好的重復性。盡管如此，旋涂也有一些限制。特別是，旋涂僅在平面晶圓上提供良好的結果。另外，由于在紡絲過程中大部分光致抗蝕劑（> 95％）從基材上被拋出，所以旋涂會產生大量的廢料。

對于噴涂而言，由于光致抗蝕劑液滴應該留在它們沉積的地方，所以在噴涂過程中浪費的SU-8的量可以顯著低于旋涂的量。此外，噴涂的一個有趣的優點是它可以用于非平坦或有紋理的晶圓（例如，帶有孔，條紋等的晶圓）。盡管如此，為了獲得合適的光刻膠尺寸分布，通常需要低粘度溶液[5]。這意味著必須用溶劑稀釋SU-8光刻膠以獲得良好的覆蓋性能。噴涂的其他限制與其無法像旋涂一樣精確地控制沉積膜的厚度。同樣，噴涂通常導致沉積層的涂層均勻性更加不規則。

用9μmSU-8薄膜的氣溶膠噴霧罐得到的涂層均勻性實例

基于軟光刻技術的微流控芯片的制造通常涉及具有平坦表面的晶圓。因此，旋涂絕對是最普遍的方法，并且被一致地選擇用于微流控  相關的作品。這就是為什么本教程的其余部分將專注于旋涂。

SU-8旋涂：如何將均勻的SU-8膜用于微流控模具？

盡管其表面簡單，但旋涂工藝的物理學可能被認為是相當復雜的。實際上，由晶片的角速度引起的光致抗蝕劑的徑向流動實際上結合到溶劑蒸發和干燥效應。此外，旋轉晶圓周圍的環境條件（溫度，來自罩子的空氣流量，濕度等）可能會影響工藝。

盡管如此，在制造微流體模具期間，所使用的商業旋涂機是封閉的碗，其使對不希望的氣流，濕度變化和其他環境條件的易感性最小化。今天也承認最初沉積在晶圓上的SU-8的數量，沉積的速率，最終加速之前的旋轉加速歷史和總旋轉時間對有限的或沒有影響[7]。因此，只有兩個參數會顯著影響旋涂過程的最終結果：旋轉速度和旋轉加速度。

商業旋涂機允許準確設置這兩個參數。圖6顯示了旋轉涂布機的基本程序。

用于編程旋涂機的基本速度曲線的例子

在圖6中，必須準確控制朝向主旋轉速度的第一個加速斜坡。事實上，光刻膠開始從工藝的第一部分開始干燥，并且在最初的幾秒鐘內高達50％的溶劑可能會損失。由于這種加速度提供了扭轉力，它將有助于SU-8在晶圓上的快速和正確的分散。通常，加速斜坡從100 rpm / s設置為300 rpm / s。

旋轉速度然后影響施加到光致抗蝕劑的離心力的量。這種高速通常限定最終的膜厚度。后者大約隨旋轉速度的平方根（單位為rpm）而減小，如圖7所示。

作為不同SU-8配方的旋轉速度的函數的膜厚度

各種膜厚度和SU-8配方的加速和旋轉速度設置示例