光刻小常识：带你揭秘图形反转胶（上篇）

【图形反转胶的概述】

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光刻胶剥离应用中（例如柔性电极、电极的制作以及其他一些MEMS器件工艺）。

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与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)AZ5214E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：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1 不同曝光剂量下获得的光刻胶轮廓形态

【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。

图2 图形反转胶后烘温度和时间对光引发剂的破坏情况

光刻胶膜中气泡的形成：部分图形反转胶如AZ5214E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的光刻胶断面上看到类陨石坑状的气泡。

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。

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