概述

应用领域

在反转工艺下，通过适当的工艺参数，可以获得底切的侧壁形态。这种方法的主要应用领域是剥离过程，在剥离过程中，底切的形态可以防止沉积的材料在光刻胶边缘和侧壁上形成连续薄膜，有助于获得干净的剥离光刻胶结构。
在图像反转烘烤步骤中，光刻胶的热稳定性和化学稳定性可以得到部分改善。因此，光刻胶在后续的工艺中如湿法、干法蚀刻以及电镀中都体现出一定的优势。然而，这些优点通常被比较麻烦的图像反转处理工艺的缺点所掩盖。如额外增加的处理步骤和很难或几乎不可能获得垂直的光刻胶侧壁结构。 因此，图形反转胶更多的是被应用于剥离应用中。

工艺步骤

与正胶相比，图形反转工艺需要反转烘烤和泛曝光步骤，这两个步骤使得第一次曝光的区域在显影液中不能溶解，并且使第一步曝光中尚未曝光的区域能够被曝光。
没有这两个步骤，图形反转胶表现为具有于普通正胶相同侧壁的侧壁结构，只有在图形反转工艺下才能获得底切侧壁结构的光刻胶轮廓形态。

第一次曝光

首先，光刻胶的图形是在使用掩膜版曝光后确定下来的。因此，与使用于正胶的掩膜版相比，图形反转工艺中的掩膜版是相反的图形。其曝光剂量强烈影响着获得的光刻胶轮廓形态:

低曝光剂量

与光的穿透深度相比，光刻胶膜厚度越大(例如:1 – 2毫米)AZ®5214E和TI 35ESX)，曝光剂量在深度方向的分布更为明显。在低光剂量的情况下，衬底附近的光刻胶接收到的光比光刻胶表面少得多，在随后的显影过程中保持较高的可溶性，导致光刻胶的轮廓呈现出更明显的底切。
如果曝光剂量过低，反转烘烤步骤甚至不能使曝光区域表面的光刻胶发生转变，这将会增加了显影液的腐蚀率。因此，在显影时光刻胶膜很薄很容易剥落，从而削弱了底切。

高曝光剂量

高曝光剂量时，曝光剂量在光刻胶深度方向上没有变化，均匀曝透，从而在显影后呈现出陡直侧壁。
曝光剂量过高也会通过散射、衍射或反射曝光原本非曝光区域的光刻胶。因此，显影后的光刻胶结构较设计值要大得多。在极端情况下，精细结构的显影将变得越来越困难或不能实现。

图形反转烘烤

光刻胶发生的变化

在图形反转烘烤步骤中，即对曝光后的光刻胶衬底进行加热烘烤。因此，曝光区域的光刻胶将失去他们的显影能力，而未曝光的区域保持光活性。最佳的烘烤参数取决于光刻胶和所需的轮廓形态，通常是110 – 130℃，持续几分钟，详细信息可以在相应产品的技术数据表中找到。

烘烤参数的影响

较低的烘烤温度(或/和较短的烘烤时间)主要改变了光刻胶表面充分曝光区域，因而形成明显的渐变的底切结构。烘烤温度(-时间) 过低，则会导致即使是在光刻胶表面充分曝光区域的光刻胶也不能发生光活性的变化，因此光刻胶在显影液中强烈腐蚀，从而使光刻胶膜变薄，降低尺寸精度，并可能出现底切现象。
较高的烘烤温度 (-时间) 也会改变弱曝光(衬底附近)的光刻胶区域，这会导致在显影后获得的光刻胶轮廓不能显现出底切现象。
过高的烘烤温度(-时间)会导致光刻胶中上为你曝光的光引发剂发生热分解（如下图2所示），这意味着在曝光后，光刻胶只能以较慢的速率进行显影。

光刻胶膜中气泡的形成

部分图形反转胶如AZ®5214E和TI图形反转胶的光引发法剂是基于DNQ的，这就导致在曝光的过程中会有氮气被释放。如果释放的氮气在曝光后没有足够的时间扩散出光刻胶膜，则可能会在光刻胶后烘过程中由于光刻胶的软化而产生气泡。这些气泡只有在显影够的光刻胶断面上看到类陨石坑状的气泡。

因此，在反转烘烤步骤之前，让曝光过程中形成的氮排出是非常重要的。这里所需的时间取决于光刻胶的种类和胶的厚度，一般来说在几分钟内(大约1到2um厚的光刻胶)到小时(>10um厚的光刻胶)的范围内。正是由于这个原因，导致厚胶应用通常会考虑使用负胶来替代，因为有些负胶厚胶并不会在光刻过程中释放气体产生气泡，也不需要花时间等待。

衬底和设备的影响

对于稳定的反转胶工艺，反转烘烤温度应保持在±1 – 2℃并保持规定时间。当在依靠热对流的烘箱中烘烤时，这一条件是很难得到保证的，这就是为什么强烈建议后烘的过程需要用热板完成。
当使用热板时，在衬底表面(光刻胶膜底层)获得的温度分布对衬底的性质相关度很高。因此，当使用大批量或导热性差的衬底时或者衬底与热板之间有间隙时，应针对实际条件分别优化图形反转烘烤的参数。

泛曝光

泛曝光的目的和建议的最小剂量

泛曝光过沉是在不使用掩膜的曝光过程，会对未暴露的光刻胶区域进行曝光，从而可以在后续的显影过程被溶解显影。
为了使光刻胶轮廓延伸到衬底，(衬底附近)光刻胶区域也应获得足够的曝光剂量。泛曝光的剂量过大并不会影响后续的工艺过程，因为第一次曝光的区域的光刻胶犹豫反转烘烤已经不再感光。因此，我们建议泛曝光的剂量至少是在正胶工艺模式下曝光相同厚度的光刻胶胶膜所需要剂量的两到三倍 。

背景知识……

特别是在厚胶的情况下(>3um胶厚)，在泛曝光时下面这些情况也要考虑同样的事情，这也与后正胶的曝光相关:
由于光刻胶在反转烘烤步骤后是不含水份，而DNQ基光刻胶的曝光过程是需要水的，因此在泛曝光前光刻胶也需时间进行再吸水过程。
由于泛曝光的曝光剂量较大，曝光过程中氮的释放可能导致气泡或裂纹的形成。

显影

显影速度

显影速率主要取决于使用的光刻胶和反转烘烤步骤的时间和温度。
反转烘烤的温度越高、时间越长，光引发剂的热分解率就越高。
在常规显影液中，显影速率 >1um/min是比较常见的，但并不是每款胶都是这样的。

底切结构的形成

过显的程度(光刻胶开始显影到显影完成的时间)对底切结构的形成有显著地影响。如图3所示，在充分显影后，随着显影时间的延长，底切的程度会表现的更明显。
对于实际应用中，建议30%的过显是个比较合适的节点：在高深宽比的应用中，必须注意，过度的底切结构有可能会导致光刻胶漂胶。

足够的光刻胶厚度

在使用方向性比较好的镀膜方式中，镀膜材料的厚度甚至可以大于光刻胶的厚度。因为，蒸发的材料在空隙区域上缓慢地生长在一起，从而衬底上生长的材料形成一个下面大上面小的梯形截面结构(图4所示)。

然而，为了使剥离更加简单，剥离后结构更加干净，建议保持光刻胶的厚度远高于所需蒸发的材料厚度。这对没有方向性的溅射镀膜更加适用，因为在溅射镀膜中光刻胶的侧壁总会被溅射上镀膜材料，从而导致剥离困难。
当然，光刻胶厚度的上限往往是由所需的分辨率以及厚胶的工艺难度等因素共同决定的。

图形反转或者负胶？

与图形反转胶相比，负胶只能作为负胶来用。他不需要通过泛曝光的工艺，这会简化光刻工艺。此外，部分负胶并不是以DNQ作为光引发剂，因而不需要，额外的时间等待氮气逸出出或 再吸水 。
负胶的强交联性也使得负胶在结构、热以及化学稳定性上比图形反转胶更加稳定。图形反转胶在显影液中是惰性的，而且在金属化过程中是适度交联的，这可以防止镀膜的过程中光刻胶结构边缘变圆。由于交联特性，负胶也更难以剥离，特别是当前序工艺温度超过130-140°C时。

常见图形反转胶

AZ 5124E

AZ®5214E是一款高分辨率的图形反转薄胶，光刻胶厚度为1 – 2 μm。可通过稀释获得更薄的光刻胶层，但底切结构的获得会变得困难：因为光会很容易穿透光刻胶层，光刻胶纵深方向的曝光剂量充分从而很难获得底切结构。

AR-U 4000

AR-U 4000是Allresist推出的图形反转胶系列，该系列胶根据光刻胶的厚度分为AR-U 4060、AR-U 4040以及AR-U 4030，光刻胶厚度可达3um（@2000rpm），适用剥离（lift-off）材料厚度范围广。可通过烘烤温度，前曝光的剂量控制底切程度。

TI 35E 和 TI 35ESX

TI 35ESX 厚度为3 – 5 μm，更厚的胶层使得工艺参数的选择越来越关键，因为在曝光过程中形成的氮会在随后的图形反转烘烤中产生气泡。

TI XLiftX

TI XLiftX可获得的光刻胶厚度超过10 μm。然而，随着光刻胶厚度的增加，再水合作用或曝光过程中释放的气体的逸出将需要更长的时间。因此，这种情况下我们通常会选择相当厚度的负胶来替代。

如果，您对上述的图形反转胶及其工艺感兴趣，或者您在光刻胶的选择过程中有任何疑问。欢迎您在文章下方留言给我们！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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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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电子束正胶是我们使用电子束光刻中最常用的光刻胶种类之一，常见的电子束正胶是PMMA，其有着优异的电子束曝光性能和极高的性价比，但是它也存在一个特点-抗干法刻蚀性能差，这就限制了利用PMMA加工完成的图形很难直接进行干法刻蚀，为了解决这个问题，德国Allresist GmbH推出了CSAR62这款电子束正胶产品。

特点

CSAR62产品根据光刻胶的厚度可以分为AR-P 6200.04/.09/.13/.18等四个型号，光刻胶厚度范围涵盖50nm至1.6um，可适应绝大部分电子束应用场景对厚度的要求。

• 1. 这种光刻胶有着极高的分辨率，可实现<10nm（下图1 所示）加工能力和极高的对比度（>15）；

• 2. 其灵敏度可以通过选择合适的显影液来获得高、中、低三种灵敏度，CSAR 62的典型剂量在160 – 400 μ C/cm2之间。；

• 3. 最重要的是，这款胶拥有极高的工艺稳定性和抗刻蚀能力（下图2中，常见光刻胶抗刻蚀性能对比），特别适合应用于需要进行干法刻蚀的应用中。对于较大的特征结构，您可以期望选择比≈16:1 Si:CSAR62。当SiO2为5:1时，SiO2的选择性≈4:1。CSAR 26的湿蚀选择性与PMMA相似。

应用

1. 单层lift-off应用：AR-P 6200光刻胶可以实现单层lift-off工艺，在适当过曝工艺下，有助于形成under cut结构，如下图3和图4所示。

2. 双层lift-off工艺：利用AR-P 6200和聚合物电子束正胶搭配的双层胶结构可以获得完美的under cut结构，实现金属剥离工艺，如下图5 所示。

3. AR-P 6200在掩膜板制作上应用：客户可使用AR-P 6200获得50nm结构，应用掩膜板制作领域。如下图6所示。

4. 高分辨率、高深宽比结构：由于AR-P 6200具有极高的分辨率和优异的对比度，所以它可用于高深宽比结构加工，如下图7所示。

5. 刻蚀应用：由于AR-P 6200胶具有优秀的抗刻蚀能力，非常适合用于干法刻蚀应用中，配合导电胶使用，可处理一些导电性较差的衬底材料，如下图8所示。

6. T-gate应用： AR-P 6200胶可以与PMMA/MA或者LOR胶搭配构件双层或者三层T-gate结构，如下图9所示。

7. 荧光染色应用：AR-P 6200 现已可以通过工艺调整增加荧光染料，实现不同波长下的荧光效应，如下图10所示。

注意:与ZEP相比，CSAR 62在冲洗后的大曝光区域往往会留下略多的残留物，通常需要比ZEP略高的过曝剂量才能正确清除(这意味着如果想获得准确的尺寸，可能需要略大的数据修正)。在蚀刻前进行快速氧等离子体去除底胶是适用的。当然也可以显影后使用90:10 MiBK:IPA立即冲洗。这个MiBK:IPA溶液也是ZEP和CSAR 62的显影剂，所以你在冲洗时应该小心，尽可能使用相同的时间冲洗。然后用氮气吹干。

更对信息和应用，请访问www.allresist.cn联系我们。谢谢！

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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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