芯片底层技术光刻胶（微流控芯片的主流加工方法）

【双层胶工艺简介】

双层胶（结构）工艺，利用双层胶（结构）来实现曝光图形剖面结构控制或者实现特殊结构制备的一种工艺。

双层胶工艺的主要应用在于，溶脱剥离（lift-off)工艺需要：底切（under-cut）剖面的光刻胶结构；T形栅极（双层/三层）；高分辨率与高深宽比图形的加工；绝缘衬底曝光；实现负性剥离等。在双层胶制备工艺中有一点需要注意的是，避免两种胶在涂胶过程中的相互混合：涂覆底层胶后，先要进行烘烤，待底层胶层完全固化后再旋涂顶层胶层。

【实现剥离工艺中微结构控制的关键因素】

光刻胶的剖面结构大致有三种类型，分别是底切、顶切以及陡直，而在反转工艺下，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。

剥离工艺的主要影响因素包括光刻胶形貌、光刻胶厚度以及待剥离材料的工艺等。其中光刻胶的形貌和厚度直接影响最终的剥离效果。例如显影后的光刻胶没有足够高的台阶，待剥离的材料在光刻胶侧壁也会存在，导致剥离困难，无法得到预想的图案。利用多层光刻胶剥离的方法可以改进以上问题。它通常采用双层光刻胶结构，而形成图形的关键主要在顶层，这是因为它确定剥离区域金属图形尺寸的大小，而底层提供了该掩膜层和金属层之间的厚度差，其厚度可以消除金属台阶覆盖，避免剥离失败。

【利用紫外曝光进行双层胶工艺加工】

紫外曝光：光刻胶顶部吸收能量最大，光刻胶底部吸收能量最小，一般形成顶切光刻胶剖面结构（比如正性光刻胶）。紫外光刻胶较厚，金属膜较薄，且图形尺度较大，一般的剥离可以实现。而对于尺度较小或金属膜较厚的情况，剥离较困难。建议采用S1813/LOR双层光刻胶工艺实现有效的剥离。

利用S1813/LOR双层光刻胶进行工艺条件的摸索，发现图形的尺寸、底切的长度随着LOR的厚度、显影时间发生变化。

LOR：厚度为120 nm，前烘 170 ℃ (热板) 60 s ；S1813: 厚度为1.3 um

pre-baked 115 ℃ (热板) 60 s

。

【利用电子束曝光进行双层胶工艺加工】

对于正性光刻胶的光刻而言，前散射的存在，易形成底切剖面，电压越低越明显。对于一般微结构的剥离的情况下，不需要双层胶，对于特殊的需要大的底切剖面的工艺，则需要采用双层胶工艺。

PMMA/LOR双层胶工艺

【绝缘衬底上进行双层胶工艺加工】

最常用的解决绝缘衬底上电子束曝光的方法是，在抗蚀剂或衬底的表面溅射或蒸发一薄层导电的金属（如Au、Au -Pd合金、Ni-Cr合金、Cr、Al、Cu等），这是较为常用的制作金属层的方式。而另外一层是制作电子束抗蚀剂，通常是利用一些水溶性的导电聚合物，日本Showa Denka：ESPACER系列导电聚合物，PMMA，ZEP等；德国Allresist公司：SX AR-PC 5000/90.1，专门用于PMMA抗蚀剂。

利用PMMA/Al的双层工艺可以再一些绝缘衬底上制备一些纳米结构，据相关的文献报道，利用PMMA/Al的双层工艺，金属生长方式不受限制、利用导电的铝膜解决了电子束曝光中的电荷积聚问题、通过控制显影条件，形成有利于剥离的Undercut结构。Al 膜的溶解速率及Under-Cut长度与CD26浓度、温度、溶解时间及开口宽度具有重大的关系。另外相关文献报道中显示，利用

利用PMMA/Al工艺在绝缘衬底上实现的各种尺寸与形状的人工周期结构，最小线宽可以实现20nm。

【利用图形反转胶尝试双层微结构工艺】

笔者发现反转胶例如AZ5214在比较极限的尺寸也可以制备出双层的微结构，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。