Process Sequence:Pressure-Actuated Valve
ENMA490
October 14, 2003
Outline
Wafer 1 Fabrication
Silicon Substrate
SU-8 Bottom Fluid Layer
PDMS Gas Layer
PDMS Thin Flex Layer
Wafer 1 Layer Integration
Wafer 2 Fabrication
Pyrex Substrate
SU-8 Cover Layer
SU-8 Top Fluid Layer
Integration of Wafer 1and Wafer 2
PDMS Layer Removaland Attachment
Pyrex Substrate
SU-8 Cover Layer
PDMS Thin Flex Layer
PDMS Gas Layer
SU-8 Bottom Fluid Layer
Substrate (Si)
FINAL RESULT
Wafer 1
Wafer 2
SU-8 Top Fluid Layer
Wafer 1: Process SequenceSilicon SubstrateSU-8 Bottom Fluid Layer
 Start with a 4” diameter Silicon Wafer.
 Spin on SU-8 photoresist (orange).
 Pre-bake at 95°C.
Silicon
 Align wafer with Mask 1 –Bottom Fluid Layer Mask.
 Expose SU-8 to UV light.
 Post-bake at 95°C.
STEP 1
STEP 3
STEP 2
SU-8 Photoresist
 Develop SU-8 in SU-8 developer.
STEP 4
Wafer 1: Process SequencePDMS Gas Layer
STEP 1
STEP 2
STEP 3
SU-8 Photoresist
 Spin on SU-8 photoresist (orange).
 Pre-bake at 95°C.
 Align wafer with Mask 2 –Gas Layer Mask.
 Expose SU-8 to UV light.
 Post-bake at 95°C.
STEP 4
 Develop SU-8 in SU-8 developer.
 Dip wafer in 0.1 M sodium dodecyl sulfate(SDS) adhesion barrier and let dry naturally.
STEP 5
 Mix PDMS (Sylgard 184, Dow-Corning) 10:1
 with curing agent.
 Spin on PDMS (purple).
 Bake in box furnace for 2 h at 70°C.
PDMS
Silicon
 Start with a 4” diameter Silicon Wafer.
Wafer 1: Process SequencePDMS Thin Flex Layer
STEP 1
STEP 2
STEP 3
SU-8 Photoresist
 Spin on SU-8 photoresist (orange).
 Pre-bake at 95°C.
 Align wafer with Mask 3 –Thin Flex Layer Mask.
 Expose SU-8 to UV light.
 Post-bake at 95°C.
STEP 4
 Develop SU-8 in SU-8 developer.
 Dip wafer in 0.1 M sodium dodecyl sulfate(SDS) adhesion barrier and let dry naturally.
STEP 5
 Mix PDMS (Sylgard 184, Dow-Corning) 10:1
 with curing agent.
 Spin on PDMS (purple).
 Bake in box furnace for 2 h at 70°C.
PDMS
Silicon
 Start with a 4” diameter Silicon Wafer.
Wafer 1: Layer Integration
Silicon
SU-8 Photoresist
PDMS
 Take the Silicon substrate and SU-8 BottomFluid Layer.
STEP 1
STEP 2
 Align the PDMS Gas Layer on top of the
SU-8 Bottom Fluid Layer.
 See Theresa’s Assembly Slide for PDMS layer
removal and attachment
STEP 3
 Align the PDMS Thin Flex Layer on top
of the PDMS Gas Layer.
 See Theresa’s Assembly Slide for PDMS layer
removal and attachment
PDMS Thin Flex Layer
PDMS Gas Layer
SU-8 Bottom FluidLayer
Substrate (Si)
WAFER 1: COMPLETE
Wafer 2: Process SequencePyrex SubstrateSU-8 Cover Layer
 Start with a 4” Pyrex Wafer and drill therequired throughput holes in the wafer (use abarrier such as tape (on the bottom) to avoidproblems in subsequent steps).
STEP 2
 Spin on SU-8 photoresist (orange).
 Pre-bake at 95°C.
STEP 1
STEP 3
 Align wafer with Mask 4–SU-8 Cover Layer Mask.
 Expose SU-8 to UV light.
 Post-bake at 95°C.
Silicon
SU-8 Photoresist
 Not exposed to UV-light (will be developed away).
Wafer 2: Process SequenceAdding SU-8 Top Fluid Layer
Silicon
SU-8 Photoresist
STEP 1
 Start with the wafer from the Pyrex
Substrate and SU-8 Cover Layer
 Not exposed to UV-light (will be developed away).
STEP 2
 Spin on another layer of SU-8 photoresist(orange).
 Pre-bake at 95°C.
STEP 3
 Not exposed to UV-light (will be developed away).
 Align wafer with Mask 5–SU-8 Top Fluid
Layer Mask.
 Expose SU-8 to UV light.
 Post-bake at 95°C.
STEP 4
 Develop SU-8 in SU-8 developer.
Pyrex Substrate
WAFER 2: COMPLETE
Integration of Wafer 1 and Wafer 2
PDMS Thin Flex Layer
PDMS Gas Layer
SU-8 Bottom FluidLayer
WAFER 1
Pyrex Substrate
SU-8 Top Fluid Layer
SU-8 Cover Layer
WAFER 2 Inverted
Pyrex Substrate
SU-8 Top Fluid Layer
SU-8 Cover Layer
PDMS Thin Flex Layer
PDMS Gas Layer
SU-8 Bottom Fluid Layer
Substrate (Si)
FINAL RESULT
Wafer 1
Wafer 2
Substrate (Si)
PDMS Layer Removal and Attachment*Theresa Valentine
Gently loosen edges of cured PDMS withrazor blade
Submerge PDMS wafer in dish of methanol
Hold one edge of PDMS with tweezers andgently pull from wafer (keeping in methanolas much as possible)
Remove wafer from dish and allow PDMSto float
Slide (electrode) wafer to be assembledunder PDMS layer in dish
Coarse align PDMS to wafer while in dish
Remove wafer and PDMS from dish andalign carefully by hand or undermicroscope, dropping methanol on ifsticking occurs, then let dry.
Materials:
Methanol
Equipment:
Razorblade
Tweezers
Alternate Sequence
In addition to the Process sequence described above,another mask set is being created to create the samedesign with all PDMS layers.
The procedure is very similar, except the current SU-8layers will not be patterned on the device itself, but willrather be used as a mold to create PDMS layers, whichwill then be removed and layered to create the device.
Wafer 1 Fabrication
Silicon Substrate
PDMS Bottom Fluid Layer
PDMS Gas Layer
PDMS Thin Flex Layer
Wafer 2 Fabrication
Pyrex Substrate
PDMS Cover Layer
PDMS Top Fluid Layer