众所周知，电子束光刻是获得我们想要的纳米结构的最有效加工方式之一，被广泛应用于掩膜版加工、光通信、第三代半导体、微纳光学、微纳电子学、基础物理、超材料、量子通信和量子计算等前沿研究领域，且在这些领域的发展中发挥着重要作用。电子束光刻机也伴随着这些研究和研发的兴起变得越来越重要。

2. 电子束光刻图形化特点

光刻的基本原理是利用光或者电子束（或者离子束、X射线、同步辐射等）在感光的光刻胶（光阻、抗蚀剂）上获得目标图形，其中直写工具是产生最原始图形的基本工具，在图形最终的质量和精度方面起着重要作用（如下图1所示）。电子束光刻系统因其分辨率高和图形加工自由度高等特点在前沿领域的应用广受关注，如纳米压印模板加工、AR/VR镜片加工、光子晶体、量子计算等。以往大部分时候我们利用以电子束光刻系统为代表的光刻手段主要是利用其2D平面加工技术，但是随着微纳光学的兴起，我们对3D微纳加工的技术的需求也越来越急迫，而现有的一些加工手段很难获得纳米级的3D结构，这给我们的前沿研发带来了巨大挑战。

3. 3D微纳加工背景及灰度光刻

在微纳光学应用井喷出现的今天，我们对闪耀光栅、倾斜光栅、非球面透镜、菲尼尔透镜、DOE、TOF、超表面、超透镜以及光耦合微棱镜等（如下图2所示）需求的特点是：需要极高的精度和具备大面积结构加工能力。因此我们把目光锁定在电子束光刻手段，使用套刻和灰度光刻来实现3D微纳加工。套刻的方法比较好理解，就是用将结构划分为不同刻蚀深度的区域，光刻+刻蚀为依次进行，从而获得3D结构的加工方式，这种方式需要多次处理光刻胶，整个开发周期较长，套刻精度也对最后的结构影响巨大（如下图2中衍射光学元件）。

灰度光刻（gray scale lithography）就是利用光刻胶在低剂量曝光下光刻胶的不完全显影，使用不同位置给予不同的剂量从而获得3D光刻胶结构的曝光方式，这种灰度曝光不仅仅可以在电子束上实现，在激光直写或者接触式光刻（需要灰度光刻掩膜版）上也是可以实现的（如下图3所示）。

4. 电子束灰度光刻3D微纳加工方法

电子束灰度光刻是一个十分具有挑战性的工作，其难点在于选择合适的光刻胶和显影液，获得较低的对比度，另外，欠曝光的光刻胶属于聚合物的混合状态（例如PMMA，欠曝光区域的PMMA中既有长分子链的也有相对较短分子链的PMMA）这就对了显影的环境提出了较高的要求，任何环境的变化（显影液浓度、温度）等都会影响最终获得的轮廓形态，最后由于电子束与物质（光刻胶以及衬底）的相互作用，会产生临近效应，这也给最后的结果带来了不确定性。另外，利用电子束灰度光刻制作台阶状特别是灰阶不太多的结构，还是比较简单的，而针对平滑表面的（如球面）或者中间灰阶平面的表面粗糙度的处理则比较困难，需要通过工艺或者后处理来改善。下面我们将逐步介绍如何实现灰度光刻加工3D微纳结构。

（1）图形结构设计

微纳光学应用中，结构的设计往往与最终使用的材料、中间所使用的工艺直接相关，因而需要综合评估甚至是光学模拟后方可确定所需的微纳结构尺寸。例如，微透镜结构的矢高、口径等取决于最终量产过程中使用的材料（如纳米压印胶）的折射率，如果我们中途需要使用等离子体干法刻蚀来实现光刻胶结构转移至硅片衬底上，我们还需要考虑光刻胶与衬底材料的在特定工艺下的刻蚀选择比，最后才能确定所需微纳米结构的尺寸信息。

（2）光刻胶选择

前面我们已经简单介绍了灰度光刻中困难点，其中光刻胶的选择就是其中之一，一般来说我们应用于灰度光刻应用下光刻胶的选择不仅仅是选择光刻胶本身，还有其配套的显影液和显影方案，因为光刻胶种类和显影液决定了一款光刻胶的对比度。而在灰度光刻应用中我们需要选择尽可能小对比度（γ＜1）的光刻胶方案，如果光刻胶的对比度过大，对应的工艺窗口非常窄，对于我们加工过程非常不利。另外，如果选择负胶，需要确保电子束能够到达光刻胶底部，否者会出现光刻胶从衬底上剥离的风险。以下是最常见的电子束正胶PMMA的对比度曲线。

（3）光刻胶对比度曲线

我们知道光刻胶的对比度曲线（参见光刻胶一般特性）可以帮我们判断一款胶在后续工艺中的表现出来一些特性，同一款光刻胶在不同的显影液以及显影条件下其对比度曲线是有差异的，如下图中电子束正胶AR-P 617在不同的显影条件下对比度曲线。结合上述光刻胶的选择，我们通常会选择灵敏度较低、对比度较低的光刻胶方案来做灰度光刻。

（4）曝光剂量与显影深度关系

确定下来光刻胶方案后，我们还需要结合自己的实验条件通过实验获得光刻胶在不同剂量下曝光后留膜率与曝光剂量的关系图，我们可以通过以不用的剂量曝光一系列小面积的区域阵列，显影后通过探针式轮廓仪获得对应的曲线，如下图所示：

（5）曝光剂量分布

通过上述获得的留膜率与曝光剂量的对应关系，我们将设计的微纳结构信息与对比度曲线对照后即可获得所需要的剂量分布图，如下图所示。这步，我们就获得了实验优化的基础，但是由于电子束的电子散射使能量变得模糊，光刻胶的横向显影导致光刻胶的轮廓边缘形貌发生改变。这些都导致了图形的不确定性。

（6）重复优化与软件模拟优化

为了获得尽可能接近目标轮廓的图形，我们可以通过不断的实验已获得一些规律性的趋势，并在后续的工艺方案中进行修正，从而优化我们的图形结构。当然更便捷的方法是利用软件模拟计算，获得合适的曝光剂量分布，从而简化我们的工作流程。

至此，我们就介绍完了使用电子束灰度光刻实现3D结构的加工，由上面的介绍我们可以知道，这里所获得的3D结构还存在点问题，因为我们将所有的斜面或者曲面都简化成一个个小台阶来处理的，而很多情况下，我需要获得表面光滑的斜面或者曲面或者要求较高的表面粗糙度。这种情况下我们又该如何处理呢？我们将在下一篇文章中探讨电子束灰度光刻3D微结构的优化。

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在晶圆背面磨薄/研磨和抛光时，包含微器件的晶圆正面必须受到很好的保护。PMMA是晶圆前表面减薄过程中有效的保护层和释放层。PMMA还在随后的切片和处理步骤中提供持续保护。它具有优秀的热稳定性和机械稳定性，使用方便，即旋涂即可获得胶层，工艺结束后便于使用溶剂去除。

保PMMA护性层不会在机械加工过程中污染有源器件，也不会在最终钝化前留下残留物或有机污染。

PMMA的优势：

• 清洁de-bonding
• 轻松和高效的从抛光蜡上分离去除
• 双重功能:粘合层和释放层
• 能承受各种背面工艺:
• ——光刻
• ——腐蚀
• —— CMP（化学机械抛光）
• —— 金属沉积:(溅射或电镀)

工艺步骤

1. 在晶圆片的正面涂上胶厚的PMMA，厚度约为3层米，然后前烘；
2. 在固体蓝宝石载体上涂抛光蜡；
3. 将穿孔的蓝宝石载体贴在软化的蜡层上；
4. 在穿孔的蓝宝石载体上涂上额外的蜡，让其熔化；
5. 将涂有PMMA的晶圆片放在软化的蜡上，涂有pmma的一面朝下；
6. 回旋并抛光晶圆片；
7. 执行必要的后台处理；
8. 用热将晶圆片从蜡层上取下，并将其从载体上移下来；
9. 在除胶时可以使用PG-remover或者其他基于NEP或者NMP的溶剂中剥离PMMA。

本文来源于：https://kayakuam.com/products/wafer-thinning/
相关参考文献： https://kayakuam.com/techreferences/wafer-thinning/
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概述

电铸的英文简写为LIGA，源自于德语Lithgraphie，Galvanoformung和Abformung三个单词的缩写，表示深层光刻、电镀、注塑三种技术的有机结合。是20世纪80年代德国卡尔斯鲁厄原子能研究所W.Ehrfeld等发明的一种微型零件的新工艺方法。

LIGA技术特点

使用LIGA技术超微细加工的特点很明显，主要有以下几点：

• 优点：
• 可制造有较大深宽比的微结构，这种方法可制作微器件的高度可达1000um，可以加工横向尺寸为0.5um，和高深宽比大于200的立体微结构；
• 取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等；
• 可以制作复杂图形结构，精度高，加工精度可达0.1um；
• 可重复复制，符合工业上大批量生产要求，成本低；
• 缺点：
• 成本高、难以加工很有曲面、斜面和高密度微尖阵列的微器件，不能生成口小肚大的腔体结构等。

LIGA技术的工艺流程

LIGA工艺流程一般包括以下四个重要步骤：X射线曝光、显影、电铸制模、注塑复制。如下图1所示LIGA一般工艺流程：

X射线曝光

X射线曝光或者同步辐射曝光，是指利用X射线或者同步辐射作为光源进行曝光的一种光刻方式，它的优点是光源穿透能力好，可以对百微米厚的光刻胶进行曝光。
这里我们需要注意，与普通紫外光刻胶相比，LIGA工艺使用的光刻胶厚度一般较厚，所以需要光刻胶的均匀性很重要，另外由于后续的电镀过程长时间在液体电镀液中进行的，所以要求光刻胶与衬底的粘附性要好。通常光刻胶是与金属膜粘附在一起的，如果是以钛为金属导电层，可以通过化学处理在钛表面生成一层氧化钛，氧化钛是多孔材料，这样增大接触面积，增大附着力或者通过增附剂改善附着性能。

显影

与普通紫外光刻一样，曝光后的光刻胶需要进行显影后获得相应的图形结构，如X射线曝光常用的PMMA，曝光后长链在X射线作用下变成短链并在显影液中溶解，未曝光区域留下形成结构。更多显影介绍，请参考显影-Development。

电镀制模

利用光刻胶下层的金属薄层作为阴极才对显影后的光刻胶微结构进行电镀。或者在电镀前使用金属镀膜工具在光刻胶表面镀上一层薄薄金属层作为种子层，然后进行电镀。电镀过程中，金属将填充光刻胶的空隙中直到整个光刻胶表面被金属完全覆盖，并形成一个稳定的金属结构。
电镀的时间取决于对应的应用。如，希望获得微孔阵列，则需要严格控制电镀的时间，让电镀过程精确停止在结构顶端，去胶后形成微孔结构，如下图2左图所示；如希望获得的金属模具应用于纳米压印，如下图2中间图片所示，则整个金属模具的厚度控制在50-300um即可，这个工艺下电镀的时间约为9-10个小时；如果获得的模具用于注塑应用，后续需要镶样品形成模仁，如下图2右图所示，则金属厚度需要控制在1-2mm，这个时候往往需要几天的电镀时间。

电镀可以获得各种金属材料的微结构，如镍、铜、金、铁镍合金等，由于要电铸的孔较深，必须克服电铸液的表面张力，使其进入微孔中，用电铸工艺还要电铸出用于复制工艺的微结构模具，要求获得的模具无内应力，因此要求LIGA技术对电铸液的配方和电铸工艺都有特殊要求。解决该问题的办法是：在电铸液中添加表面抗张力剂，采用脉冲电源，或者采用超声波增加金属离子的对流。
电铸完成后可将模具从衬底上揭下来，这个时候光刻胶结构会发生破裂，我们需要将模具至于光刻胶的去胶液中进行去胶，保证金属模具的微结构中干净，无光刻胶残留。当然有些光刻胶并不容易通过湿法去除，如SU-8光刻胶。这时我们可以考虑使用微波等离子去胶机进行去除，当然需要注意，氧等离子可能会对模具表面产生氧化层。

注塑复制

用上述金属结构为模板，采用纳米压印或者热压成型或者注塑工艺即可进行微结构的大批量复制工作。实际使用中往往用第一块金属微结构作为母模，利用纳米压印和电铸工艺复制出子模，子模为工作模具，这样可以进一步降低大批量生产中的模具成本。

其他准LIGA技术

LIGA技术已经在微传感器、微制动器、微光学器件和其他微机械加工中显示出无可比拟的优越性。但是LIGA工艺需要更昂贵的X射线或者同步辐射光源以及复杂的掩膜版。
为了解决这一问题，出现利用紫外光刻或者激光光刻工艺来替代X射线曝光，我们称之为准LIGA技术，如用紫外光刻的UV-LIGA，利用激光烧蚀的Laster-LIGA，用深硅刻蚀工艺的Si-LIGA和DEM技术以及用离子束刻蚀的IB-LIGA等，这些技术都大大降低了光刻的复制成都，进一步扩大了LIGA的应用范围。下面简单介绍一下常见的几种准LIGA技术。

UV-LIGA技术：利用适当厚度的紫外光刻胶结合紫外光刻技术替代原有的X射线曝光的技术，可以节约成本。

Laster-LIGA：采用193nm的ArF准分子激光器直接烧蚀光刻胶PMMA来取代原有的X射线光刻，这种技术的有点是成本更低，其精度为微米级，深宽比适中（<10）。

DEM技术：DEM是Deep-etch，Electro-forming，microreplication的缩写，才赢感应耦合等离子体（ICP）深刻蚀技术替代X射线曝光，然后进行后续的微电铸和微复制工艺，该技术不需要昂贵的X射线曝光，成本低。

SLIGA技术：这种技术是结合硅面加工技术和常规LIGA技术而开发出来的一种新工艺，在这个工艺中国，牺牲层用加工成形，与基片完全相连或者部分相连或者完全推理的金属部件。SLIGA技术可以制造活动的微器件。与LIGA相比，在平面衬底上制作牺牲层如聚酰亚胺、沉积的氧化硅、多晶硅、或者某种适合的金属等（与电镀的材料相比，这些材料比较容易被有选择的去除），然后在衬底和牺牲层上溅射一层电镀基底。

M2LIGA技术：为了控制微结构的侧壁倾斜度，便于形成具有不同亵渎的斜面、锯齿、圆锥或者圆台等微结构，该技术用移动掩膜X光替代禁止的掩膜，曝光时掩膜版沿着与光刻胶衬底平行的方向移动或者转动，改变掩膜图形、掩膜运动轨迹和速度，就截图形成不通过的微结构。

其他，有研究者使用刻蚀好的硅结构作为母版，利用ALD镀金属铱层厚利用铱层为种子层电镀后分离硅模具和金属模具来达到复制的技术，这种技术可以复制小至80nm的纳米柱状结构。
另外，随着微纳米3D打印技术的发展，目前已经可以很好制作出各种结构复杂、高深宽比的聚合物微米3D结构，通过镀种子层和电镀技术结合，可以制作出各种复杂结构。但是需要注意的是，虽然我们可以获得各种复杂树脂微米结构，但是由于种子层还是得依赖溅射或者蒸发镀膜的方式生长致密结构很难在其表面镀上金属层，所以到时无法获得完整金属结构。

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灰度光刻相对于我们常见的接触式光刻其不同点就是利用掩膜板或者直写手段在同一片光刻胶膜上不同位置获得不同的曝光剂量，通过不同曝光剂量曝光后的光刻胶，在显影液中完全或者部分显影而获得的光刻胶结构会呈现出3D轮廓结构，我们就叫这种曝光方式为灰度光刻，其掩膜板叫灰度掩膜板。但是需要注意，这里获得的3D轮廓并不是任意3D轮廓，比如说套球等结构就无法通过这种灰度光刻的方式实现。所以我们可以看成是一种表面3D结构图案，如微透镜阵列、DOE、闪耀光栅、菲涅尔透镜、V形光栅、扩散结构等，如下图1所示几种常见表面3D结构。

我们在前面的文章“回流工艺做微透镜阵列结构”中我们介绍过利用热回流的方法可以获得微透镜阵列结构，但是基于热回流的微透镜结构由于利用的是弹性体的表面张力获得的，所以无法获得非球面透镜，而本文介绍的利用灰度光刻获得的微透镜阵列结构可以根据设计获得非球面透镜或者菲涅尔透镜阵列结构，下图2是常见的利用灰度光刻制作微透镜阵列结构以及模板复制的一般过程。

如上所述，灰度光刻可以使用灰度掩膜板与接触式光刻机、激光直写或者电子束直写等方式实现，但是这些都是基于紫外光刻胶或者电子束光刻胶实现的，光刻胶的灵敏度以及对工艺的稳定性要求非常苛刻，所以我们通常的做法是获得很好的光刻胶模板后使用纳米压印或者倒模等方式复制出模板，提高生产效率。

除此之外，市场上还有激光直写玻璃的产品，可以通过激光直写获得灰度掩膜板，也可以直写玻璃，然后配合湿法腐蚀的方法获得玻璃的3D结构。这种方案优点是可直接获得玻璃的微结构。

最后，上面的介绍我们不难发现，现在微纳光学结构大多数是基于光刻胶或者压印胶等树脂结构，在一些光强不是很强的应用领域中，材料可能不是问题，但是在一些电子产品应用中，长时间的温度和光照条件下，甚至在一些高功率光照下，材料对器件来说将会成为最大的挑战，当然我可以使用刻蚀等手段将聚合物的结构转移至透明的硬材料（如石英、蓝宝石等）上，但是刻蚀转移也是微纳光学中另一个亟待解决的挑战之一。后续我们介绍一些利用3D打印或者直写技术获得树脂或者玻璃的3D微结构方法，敬请期待！

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化合物半导体材料（如： GaAs、GaN ）具有许多优良的特性，如高临界击穿电场、高电子迁移率、高二维电子气浓度和良好的高温工作能力等。基于化合物半导体的高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结构场效应晶体管(HFET)等器件已经得到了广泛应用，尤其在射频、微波等需要大功率和高频率的领域具有明显优势。

在化合物半导体射频功率器件的制作工艺中，栅电极的制作是关进工艺步骤。目前，在深亚微米化合物半导体器件制作中，一般采用电子束光刻和多层胶的方法制作T型栅（T-gate）。T型栅是指截面形状呈现蘑菇型的T状栅电极，这样其下部接触半导体表面的栅根很窄，从而可以提高器件的截至频率，而上部的栅帽很宽，可以降低栅极的电阻。我们这里主要介绍我了解的利用多层电子束胶多层胶在电子束光刻下制作T型栅。

三层胶方案

这是T-gate制作过程中比较常见的光刻胶搭配方案，主要是利用三种不同灵敏度的电子束光刻胶在曝光后显影出的不同宽度实现T型栅的形态，常见的三层胶方案可以有以下几种光刻胶选择：

（1）PMMA（顶层） + Copolymer(中层) + PMMA（底层）

其灵敏度分别中-高-低，其中下层胶首选选择灵敏度最低的950K的PMMA，并且其厚度即为栅足的高度值，上层PMMA可以选择灵敏度高的型号，其相对分子可以为600K或者更低相对分子质量的PMMA，其厚度没有严格意义上的限制，但是需要注意，这层胶的厚度太厚会导致整体的灵敏度降低，但是如果这层胶太薄，在后续的金属化过程中极容易由于温度的原因导致变性坍塌。中层我们可以选择MMA与MA的聚合物这种类型的电子束正胶具有非常高的灵敏度（数倍于PMMA）因此可以在曝光显影后获得较宽的结构，这层胶的厚度应该为这个栅高度的1.25倍以上即可完成剥离。整个加工过程及其结构实图如下示意图1所示：

（2）CSAR 62（顶层）+ Copolymer(中层) + PMMA（底层）

与上述方案类似，其灵敏度分别中-高-低，其中下层胶首选选择灵敏度最低的950K的PMMA，并且其厚度即为栅足的高度值，上层胶可以选择灵敏度略高，分辨率很高CSAR62，其厚度没有严格意义上的限制，但是需要注意，这层胶的厚度太厚会导致整体的灵敏度降低，但是如果这层胶太薄，在后续的金属化过程中极容易由于温度的原因导致变性坍塌。中层我们可以选择MMA与MA的聚合物这种类型的电子束正胶具有非常高的灵敏度（数倍于PMMA）因此可以在曝光显影后获得较宽的结构，这层胶的厚度应该为这个栅高度的1.25倍以上即可完成剥离。相比于方案一，这种方案中采用不同剂量搭配，再使用两步法显影，既能保证栅足的尺寸，又能保证栅帽的充分显影。如下示意图2所示：

（3） PMMA（ 顶层 ）+LOR（ 中层 ）+PMMA（底层）

与前面两种方案类似，只是在中间层的选择上选用了LOR胶，利用上层叫曝光显影后开出窗口，再使用TMAH显影液去显影LOR胶胶，获得想要的线宽，而且这个线宽会随着显影液的碱当量浓度和显影时间的延长而变宽。获得上两层胶的结构后再次曝光底层PMMA胶获得想要的栅足线宽。相比于前前两种方案，这种方案的栅帽度可控性不佳。如下图4所示。

双层胶方案

三层胶方案虽然能获得形态比较完美的T型栅，但是其工艺过程中需要使用三层胶，涂胶和显影过程都变得复杂，从而产生缺陷的可能性以及成本上都会大增加，因而更为简洁的双层胶方案在生产过程中更受关注。下面我们来介绍一下双层胶方案的光刻胶搭配。

Copolymer(顶层) + PMMA（底层）

这种方案的灵敏度搭配是高-低，在曝光时，一次曝光即可完成双层胶的曝光，显影时可以使用一次一种显影液一步显影获得结构，也可以使用两种显影液两步显影更好的获得想要的轮廓线。这里需要注意，底层PMMA的厚度就是栅足的高度，但是顶层胶的厚度需要是整个T型栅高度的三倍，从而保证在lift-off过程中能够顺利进行。其过程如下图5所示：

综上所述，每种方案都有自己的优缺点，我们可以根据自己的实际情况选择合适的方案，但是这里有几点需要我们注意的地方是：①由于T-gate工艺中金属厚度较厚，金属化时间长，在一些电子束蒸发或者热蒸发设备中很容易由于温度导致光刻胶变形，从而导致难以剥离。这种情况下可以考虑使用间隙镀膜或者镀膜时选配辅助降温手段来控制；②III-V族材料的衬底与光刻胶的粘附性不如Si衬底，所以建议在涂胶做好增附处理，以免曝光显影后出现缺陷（应力集中导致裂纹产生）；③III-V族材料的导电性一般，而这种工艺下的光刻胶厚度一般都比较厚，建议在各种方案中都旋涂导电聚合物作为导电层，从而避免由于荷电效应导致的线条弯曲等缺陷。

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概述

热回流工艺是将显影后的光刻胶在加热温度高于玻璃态转化温度下发生结构的软化变形的过程，该工艺方案适用于微纳光学应用，但不适用于光刻后lift-off工艺情况：一般来说通过回流工艺，可获得球形或圆柱形光刻胶轮廓形态，之后通过干法刻蚀或者LIGA工艺转移结构。

热回流温度

回流所需的温度取决于所使用的光刻胶体系，大部分基于酚醛树脂的紫外薄胶（厚度<5um），其玻璃态转化一般为108℃左右，其回流温度通常为100-110℃，而热稳定好的一些光刻胶，其回流温度通常为110-120℃，甚至是130-135℃。需要注意，不是所欲偶的光刻胶都适用于热回流工艺，比如部分交联型的紫外负胶。

确切的软化温度也取决于残余溶剂的含量。至少在低于这个温度10 – 20℃时，光刻胶在前烘(溶剂挥发)产生的机械应力引起和曝光(气体形成)释放共同作用下开始变形。

热回流过程

回流过程，可看作为一个简单的物理模型：光刻胶结构试图以最小比表面积和最大限度地增加对衬底的接触面变形。这两种机理对最终光刻胶形态的影响取决于光刻胶粘性与光刻胶与衬底之间的附着力之比。当粘性与附着力的比率非常大时(对应于极差的润湿性)，理论上会在衬底上形成光刻胶珠子； 然而，当附着力占主要因素时(非常强的附着力)将导致光刻胶结构试图平摊在衬底表面。
在现实条件下，光刻胶将以一定的矢高和口径比例形成透镜（矢高：口径），在较小的深宽比下，“环状”结构有时会形成边缘凸起和中央凹陷的形态。 这是由于热回流过程中光刻胶的机械性能发生了变化： 退火过程残余溶剂的挥发和光刻胶树脂最初的热交联减缓，并最终“冻结”所获得的光刻胶形态。

图形的转移方式

由上图我们可以看出，热回流过程中光刻胶的性能和光刻显影后的光刻胶形态是决定回流后光刻胶形态的最主要先决因素，而影响热回流过程的参数则是温度和时间，同时光刻胶中溶剂的残留量也是有一定影响的。所以其工艺窗口较小，不适合稳定生产。并且，微透镜光刻胶形态成型后，我们通常可使用干法刻蚀的方法转移至衬底上，形成硅透镜等，但是，对于微纳光学应用来说，我们需要的是透明材料，如，石英，InP衬底材料，但这些材料却不太适合干法刻蚀转移工艺，因为光刻胶与衬底之间的刻蚀选择比的因素。 我们发现绝大部分透明的聚合物是可以使用的，所以我们可以通过LIGA工艺将微透镜转移成镍模具（如下图5所示）。

利用这种镍模具（如下图6所示），可以使用纳米压印或者注塑工艺将微透镜阵列结构进行批量的复制甚至大批量生产工作。

至此，我们介绍完了，以热回流工艺为核心工艺的微透镜阵列结构的加工流程，但是需要注意，热回流并不能制作非球面透镜结构，这种结构我们需要通过微纳3D打印或者灰度曝光工艺来实现，这方面内容我们将在后续的文章中介绍。

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湿法转移

湿法转移的过程包含了： 在样品上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、去铜、烘烤、去胶、清洗等过程如下图1所示。由于转移流程较长，对操作过程的熟练程度往往对转移后的石墨烯薄膜质量影响很大。

转移过程具体有以下步骤：

（1）配制刻蚀液： 称量 27 g 六水三氯化铁（ FeCl3·6H2O）放入烧杯中，将 100 ml去离子水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀，使FeCl3·6H2O粉末在烧杯中完全溶解，形成浓度 ~1 M三氯化铁（ FeCl3）溶液，如图 2所示。

（2）准备 PMMA：PMMA来源有多种，我们可以采购电子束光刻胶PMMA，他的优点是已经是现成的溶液，相对分子质量单一，成膜性好，光刻胶出厂时经过0.2um的过滤，旋涂后不会出现颗粒。当然，在要求不是很高的情况下，我们也可以通过购买PMMA粉末自行配置PMMA溶液，这里建议使用苯基醚作为溶剂，并且搅拌做足够长时间，保证PMMA粉末均溶解于溶液中。在搅拌时广口瓶要密封，整个操作要在通风橱中完成。

（3）旋涂 PMMA： 将铜基(或镍基)的石墨烯安放于匀胶机，用滴管取适量 PMMA 溶液滴在石墨烯的表面，打开匀胶机，先以 100−500 rpm 的转速匀胶 1−5 s，再以 4000 rpm 转速旋胶 10−30 s， PMMA 薄膜层的厚度为 150−450nm。

（4）烘烤： 将涂有 PMMA 层的样品，放置到 135−170 ℃热板上烘烤 30−50 min，使 PMMA与石墨烯层紧密贴附。烘烤结束后，将样品从热板上取下，冷却至室温。

（5）去生长衬底（铜或镍层）： 将烘后的样品，放入三氯化铁（ FeCl3）溶液中，使之漂浮在溶液表面，如图 3所示。刻蚀 30−60 min，使Cu 完全去除。

（6）清洗： 待 Cu 去除干净后，用一个清洁抛光后的硅基片（或其它抛光基片）将 PMMA/石墨烯膜轻轻拖出移至去离子水中，使其保持漂浮状态，浸泡 10 min，再移至干净离子水中浸泡 10 min，如此 3 次，以保证残余的三氯化铁去除干净，如图4所示。

（7）转移： 用一个清洁的硅基片将 PMMA/石墨烯膜从去离子水中轻轻拖出，将其转移到目标基底（石英、高反镜等）的表面。操作时，先使 PMMA/石墨烯膜与目标基底一端接触，然后轻轻将硅基片抽出，使 PMMA/石墨烯膜与目标基底完全帖附，避免中间产生气泡。贴附结束后将样品自然干燥，防止出现褶皱。

（8）烘烤： 将干燥后的样品再次放置到热板上烘烤，烘烤温度 135−170 ℃，烘烤时间 30−50min，使石墨烯薄膜与目标基底紧密帖附，烘烤结束后将样品取下自然冷却至室温。

（9）去除 PMMA： 将烘烤后的样品放入盛有丙酮的烧杯中，30 min 后将烧杯中的样品取出再次放入干净的烧杯中重复以上步骤 3 次，将 PMMA 完全除去，注意丙酮易挥发，不建议加热处理，如果加热处理，需要有冷凝装置，防止发生爆炸火灾危险。另外，也可以使用NEP或者NMP、DMSO（二甲基亚砜）或者NHF（四氢呋喃）注意使用过程中安全防护前者可以加热后增强去胶效果。

（10）去除丙酮： 将样品放入盛有酒精的烧杯中清洗 2 次去掉丙酮，再将样品取出放入去离子水中清洗 2 次去掉酒精，最后将样品放入烘箱中干燥 10−15 min，烘箱温度设定在 ~50℃，选取中等风力。

（11）为了进一步去除二维材料表面的有机聚合物残留，可以在惰性气体保护下退火处理，或者高真空环境下退火处理。

干法转移

石墨烯的干法转移与湿法转移的前 8 个步骤类似，不同之处在于，第 9、 10 步的去胶工艺。如图5 所示，以下是干法转移的具体步骤：将湿法转移的前 8 步处理后的样品放入管式炉内，通入氢气和氩气的混合气体，气体流速 500sccm，比例 1： 1, 将炉子升温300−450 ℃，热处理 2.5−5 h 将 PMMA 去除干净。

其他衬底生长的二维材料可以使用对应的衬底刻蚀液就可以将二维材料从生长衬底上剥离下来，如SOI可以使用HF等。当然也有人为了转移的二维材料不受PMMA污染，还可使用水溶性中间层或者热分解中间层方案等，这里就不再赘述，有兴趣的可以查阅相关文献。

本文部分贴图来自网络： https://www.chemhui.com/17003.html
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在这种情况下，以下方法可能会有所帮助:

• 热蒸发相比于溅射在沉积上更具有方向性，从而在光刻胶的侧壁上没有被沉积上薄膜；
• 在需要使用正胶的情况下，结合直接蒸发，保持光刻胶侧壁的陡直有利于消除毛刺现象；
• 在使用图形反转或负胶的情况下，通过工艺参数优化获得明显的底切（undercut）形态有助于消除毛刺；
• 如果光刻胶的特性不是交联型的，则必须注意在镀膜的过程中不发生受热软化变形，导致毛刺的产生；

如果您对剥离过程中毛刺现象的产生和改善措施有任何见解，欢迎您在下方评论区留言。 了解更多光刻及光刻胶知识库，欢迎关注Litho+wiki，获取更多信息……

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干涉光刻又叫全息光刻，是一种特殊的光刻手段，其特点是可以通过简单的设备即可获得百纳米周期性结构。下面我们简单介绍什么是干涉光刻、干涉光刻的一些特点和实例应用。

概念

干涉光刻基本原理与干涉测量法或全息法的原理相似。两个及以上的相干光波形成一个干涉图样利用干涉图形对光刻胶进行曝光，从而形成图形的加工方式。这种光刻利用了光场干涉相长及干涉相消形成光照区域和非光照区域从而实现对光刻胶的曝光。在两束干涉的情况下，条纹间距或周期为（λ/ 2）/ sin（θ/ 2），其中θ是彼此叠加的波之间的角度，而λ是激光波长。最小可能的周期由波长决定，并以λ表示/ 2。如果将激光用于干涉光刻，则可以产生最小尺寸低至约100 nm的周期性结构，曝光后对光刻胶的处理方式与普通紫外光刻一致。

特点

1. 周期性结构：干涉光刻非常适合用于形成周期性结构，如光栅、点阵等，对于非周期性结构，需要通过特殊工艺手段辅助实现；
2. 高分辨率、大面积：利用干涉光刻可以很容易实现百纳米级结构，且有制作大面积结构的能力，可获得几平方厘米甚至是平米级结构，如下图1所示；
3. 可通过工艺手段获得正弦形态光刻胶结构，但比较难实现垂直断面结构；
4. 是实现周期性结构无缝R2R模具的手段之一，如下图2所示。

干涉光刻实例

1.正胶干涉光刻：下图是中科院物理所戴龙贵老师使用AR-P 3840光刻胶在He-Cd激光器搭建的干涉光刻示意图、所使用的光刻胶方案以及曝光结果：

2. 负胶干涉光刻：通过化学放大（CAR）机理交联的光刻胶会产生特别光滑的边缘，并且在显影的结构中没有明显的第一干涉最小值。通过使用我们标准光刻胶AR-N 4340（SX AR-N 4340/8）的特殊版本，干涉光刻也可以在白光条件下成功进行（MLU Halle；材料科学中心，Fuhrmann博士）：

在这种情况下，产生了带有垂直壁的美丽均匀的线条结构。在232 nm的周期内，仅实现了57 nm的出色分辨率！

不能通过CAR机制交联的负胶也可以用于激光干涉光刻。例如，我们的负胶AR-N 4240通常用于剥离工艺。在这种情况下，需要由驻波产生的底切，但仍会限制分辨率。

可以通过改变PEB温度来选择性地调整边缘形状。

为了减少处理时间，将PEB时间分别缩短至5分钟，同时以5°C为步长同时提高温度。在90°C的PEB下，源自第一个最小值的条纹会溶解。在95至100°C之间，光刻胶轮廓可与标准条件下获得的轮廓相媲美。在105°C，第一个最小值的变窄消失，在110°C，结构不再发育。最佳结果是PEB温度为105°C。底切在此温度下完全消失，这允许使用更短的时间，并使AR-N 4240适用于反应性铁蚀刻（RIE）工艺。

进一步的参考文献（MLU）：Johannes de Boor，Nadine Geyer，JörgV.Witteman，UlrichGösele和Volker Schmidt：“通过激光干涉光刻和金属辅助蚀刻的亚100纳米硅纳米线” Nanotechnology 21（2010）095302（5pp） ; doi：10.1088 / 0957-4484 / 21/9/095302

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在材料、微电子等研究课题中，制作高品质的电极是准确反映材料或者器件本身性能的前提条件，为此我们需要制作一个高品质的电极。在此，光刻中剥离（lift-off）工艺是我们制作电极的基础手段。

概述：

剥离工艺（lift-off），在衬底上用光刻工艺获得图案化的光刻胶结构或者金属等掩膜（shadow mask），利用镀膜工艺在掩膜上镀上目标涂层，再利用去胶液（又称剥离液）溶解光刻胶或者机械去除金属硬掩膜的方式获得与图案一致的目标图形结构，我们称之为剥离工艺。与其他图形转移手段相比，lift-off工艺更加简单易行。如下图所示，相同的结构可以通过不同的图形化工艺获得。这里我们重点介绍lift-off工艺，关于刻蚀（湿法以及干法刻蚀）、金属微结构或者模板的加工，待我们介绍LIGA再进行详细描述。

影响lift-off工艺的因素：

通过上面的描述，不难理解lift-off工艺的实现过程，但是这里面有一些细节，决定这lift-off工艺的成败与否。

1. 光刻胶的厚度

由上述定义可以看出，光刻胶在lift-off工艺中起到形成图案，以及让光刻胶上的薄膜层以及衬底上的沉积的薄膜层断开，从而实现光刻胶在去胶液中溶解过程中，上层金属飘落下来。所以，这里光刻胶的厚度值是很关键的参数，通常我们会有一个经验值：光刻胶厚度/被剥离金属厚度≥3，但是需要注意，光刻胶的厚度会影响其分辨率，所以lift-off工艺不适用于特别厚的金属剥离。

2. 光刻胶种类

lift-off工艺在紫外光刻和电子束光刻中都是很常见的工艺，但是两者在光刻胶的选择上却有着较大的差异。这里我们先引入一个名词：底切（under cut）和顶切（top cut），其对应的光刻胶的形态见下图所示。由图我们也能看出光刻胶的形态对于lift-off成功与否有着直接关系。所以我们需要under cut结构。对于紫外光刻（含激光直写），由于其机理决定了，负胶（例如AR-N 4340）相比于正胶更容易获得under cut形态，图形反转胶（AR-U 4000）的负胶工艺能帮我们获得完美的under cut结构。而对于电子束胶来说，由于电子与光刻胶作用过程中的散射，正胶（如PMMA）相比于负胶更容易获得under cut结构。当然，我们也可以通过工艺手段控制形成undercut结构（见下面双层胶工艺）；

3. 双层剥离方案

上面介绍了光刻胶形态对lift-off工艺的影响，因此，我们也可以通过双层胶体系来获得under cut结构，这里紫外胶和电子束胶的原理和方案上有一些区别：①紫外胶，我们需要将不含光敏的剥离胶（LOL，LOR，如AR-BR 5400）置于紫外正胶或者负胶底层，利用上层胶的光刻胶经曝光显影后开出窗口，底层胶在显影液中继续腐蚀，并产生横向拓展，形成under cut结构，横向拓展的深度与显影液的碱当量以及显影时间呈正相关。②对于电子束胶，通常选择两种不同灵敏度的正胶，将高灵敏度的胶置于底层，低灵敏度的胶置于上层，在曝光过程显影过程中高灵敏度胶相比于地灵敏度胶显影结构会更宽，从而获得under cut结构。当然，也可将LOR胶置于电子束胶下层，利用两次显影工艺获得under cut结构，如下图所示，双层胶体系中要求，底层胶的厚度至少是被剥离金属层厚度的1.25倍以上，上层胶来控制线宽，另外，横向拓展深度不易过深，否则容易在定影后的干燥环节由于液体表面张力的存在导致胶体坍塌。

4. 镀膜方式

我们做电极最常用的镀膜方式有蒸发和溅射两种，这里我们仅以这两种镀膜方式为例子进行说明。蒸发（包括电子束蒸发和热蒸发）方式其金属以类似辐射的方式由源材料沉积到衬底上，方向性好。而溅射工艺，金属粒子能量大，弥散在整个真空腔室中，没有很好的方向性。这种方向性决定了金属化过程中金属膜对光刻胶侧壁的包覆性。溅射镀膜会将整个光刻胶断面包覆起来，轻度的将导致剥离困难，或者形成的电极边缘不光滑、有毛刺，重度的将导致任你选用何种剥离液，是否辅以超声或者加热，都无法实现剥离。所以，这里我们首选蒸发镀膜的方式。

5. 温度

这里我们介绍两个工艺过程的温度对lift-off工艺的影响。①坚膜（hard bake），我们在光刻胶的产品资料中常常会见到坚膜步骤会标注为选做步骤，那么对于lift-off工艺来说，我们一般建议不做坚膜，因为坚膜会使光刻胶的稳定性得到提高，也就会对后续的剥离步骤带来困难；②镀膜过程中的温度，镀膜过程中我们一定要控制好温度，因为温度过高（超过光刻胶的玻璃态转化温度）则会导致光刻胶软化，图案变形。另外，有些胶在这个温度下会加剧交联化，导致后续使用去胶液很难去除光刻胶。③利用蒸发镀膜的膜厚胶厚的情况下一定要注意温度，因为较厚的镀膜往往需要较长的镀膜时间，光刻胶不可避免的被加热，由于镀膜过程中受热可能导致光刻胶变形、光刻胶与衬底以及薄膜的热膨胀系数不同，会导致薄膜层褶皱，边缘翘起等现象。必要的时候可以选择间歇镀膜来改善这种热效应。

6. 剥离过程

通常我们每款光刻胶都会有推荐的去胶液，在正常工艺下，使用配套的去胶液是能够很好的实现lift-off工艺的，如果遇到剥离困难，也可考虑使用超声辅助，或者将部分剥离液升高温度至50~80℃来加速剥离过程（注意部分有机溶剂加热会有危险，需正确谨慎的操作）。这里请尽可能不要使用去胶机（如alpha plasma Q 235）来做lift-off工艺，因为完全依赖光刻胶很小的开口使光刻胶灰化不仅效果达不到效果，反而去胶机的氧等离子体有可能使金属电极发生氧化。当然去胶机在lift-off工艺中可以实现打底胶工艺（下面介绍）。

综上所述，我们通过规范的操作就能获得一个形态完美的金属电极了，但是他未必是一个高品质的电极。因此，我们通常还得注意一下细节。

1. 接触电阻：在绝大多数情况下，我们无需担心接触电阻的问题，但是当我们做完电极后发现其品质较差，那我们就得排除是否由于光刻胶显影后的残胶导致的接触电阻过大，我们可以通过在镀膜前利用去胶机的氧等离子稍微打一下，我们称之为打底胶工艺，从而去除残胶。打底胶过程不易过长，否则光刻胶的整体厚度会减小很多。推荐使用微波等离子体去胶机（如alpha plasma Q系列），相比于射频去胶机来说，对衬底没有物理轰击损伤；
2. 对于纳米线或者纳米带结构：这种结构在垂直方向有一定的厚度，在边缘处如果比较陡直的话，我们需要要注意金属电极的厚度，不能太薄了（常规电极厚度80nm左右即可），否则容易导致金属电极在材料边缘断线。
3. 金属与衬底的粘附性：在做电极时，我们要特别注意金属电极层与衬底的粘附性，如果粘附性不好需要做一些处理，如Au在Si衬底上的粘附性就不是很好，所以我们通常需要做Ti/Ni/Au。避免在做lift-off的工艺时金属漂落。

至此，我们就介绍完了利用光刻Lift-off工艺做金属电极的一些细节，如果大家对我们的介绍感兴趣，请持续关注我们网站信息，我们将不定期更新一些光刻过程中常见的话题和热门的研究方向。欢迎大家评论和给我留言！

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