Photolithographie-basierter Lift-off

Das Lift-off-Verfahren wird häufig nach einer Reihe von Fotolithografieschritten durchgeführt, bei denen eine Fotolackschicht auf einem Substrat erzeugt wird. Chemische und metallische Lift-off-Verfahren werden eingesetzt, um charakteristische Muster auf einer Oberfläche zu erzeugen. Beide Arten des Lift-Offs können im Vergleich zum Nassätzen zeitaufwändig sein, doch ist das Lift-Off eine sicherere Methode, die niedrigere Produktionskosten und bessere Verarbeitungsmöglichkeiten bietet.

Beim Metall-Lift-off-Verfahren wird ein Muster durch Aufbringen eines Metallfilms auf einen strukturierten Fotoresist erzeugt. Der Fotolack wird mit einem Lösungsmittel entfernt, damit das Metall in den strukturierten Bereichen auf dem Substrat intakt bleibt. Gängige Arten des Metall-Lift-offs sind das Doppelschicht-Lift-off und die Bildumkehrung.

Doppellagiger Lift-off

Beim Doppelschicht-Lift-off-Verfahren werden zwei verschiedene Arten von Resists übereinander abgeschieden. Die obere Schicht ist häufig strukturiert, während die untere Schicht unterschnitten wird, um ein Lift-off-Profil zu erhalten. Die unterschiedlichen Schichten werden nach ihrer Fähigkeit ausgewählt, die Vermischung von Fotolacken zu verhindern. Diese Lift-off-Methode umfasst einen Positivresist, bei dem die belichteten Bereiche löslich und die unbelichteten Bereiche geschützt sind, und einen Lift-off-Resist (LOR). LOR-Resists sind in Photoresist-Lösungsmitteln unlöslich und in den meisten Photoresist-Entwicklern löslich. Außerdem haben LOR-Resists eine kontrollierbare Auflösungsrate, die so eingestellt werden kann, dass ein idealer Unterschnitt für das Lift-off entsteht.

Der Vorteil des Doppelschicht-Lift-offs besteht darin, dass mehrere Schichten auf einmal abgeschieden werden können, was die Lift-off-Verarbeitung vereinfacht. Außerdem kann das Doppelschicht-Lift-off-Verfahren bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden, die Doppelschichtstrukturen erfordern.

Bildumkehrung

Bei der Bildumkehrung (IR) in der Fotolithografie wird das schräge Profil eines belichteten Fotolacks umgekehrt, um einen idealen Unterschnitt für das Abheben zu schaffen. Durch eine Umkehrfotomaske wird ein Negativmuster auf einer Substratoberfläche definiert. Das IR-Verfahren umfasst zusätzliche Schritte, das Umkehrbacken und die Flutbelichtung, um ein Resistbild zu erzeugen. Beim Umkehrbacken wird der belichtete Resist während der Entwicklung unlöslich. Höhere Einbrennzeiten und Temperaturen führen zu einer geringeren Entwicklungsrate. Die Entwicklungsrate beeinflusst das Ausmaß, in dem ein Fotolack unterlaufen wird. Bei der Flutbelichtung werden die unbelichteten Bereiche des Fotolacks entwickelbar. Die Belichtungsstufen sind im Allgemeinen doppelt so hoch wie bei der ersten Belichtung, da keine Fotomaske vorhanden ist. Um eine hydratisierte Oberfläche zu erhalten, erfolgt die Rehydrierung mit Wasser, was wiederum zu einer hohen Entwicklungsrate beiträgt.

Das chemische Abheben ist ein subtraktives Verfahren und wird häufig durch Eintauchen in Chargen durchgeführt:

Batch Immersion

Beim Batch-Tauchen wird ein mit Fotolack strukturiertes Substrat in ein chemisches Ätzmittel getaucht. Die Ätzraten werden verwendet, um die Zeitspanne zu bestimmen, in der das Substrat eingetaucht wird, und die Temperatur, auf die das Ätzmittel erhitzt wird. Es kann schwierig sein, zu vermeiden, dass sich unerwünschte Metallteile auf der Substratoberfläche ablagern. Dies lässt sich vermeiden, indem das Substrat so aufgehängt wird, dass die Metallteile von der Oberfläche weg nach unten fallen.

Chemisches Lift-off kann bei der Verarbeitung zu unerwünschten Rückständen und chemischer Verunreinigung führen. Außerdem sind oft hohe Temperaturen erforderlich, um unerwünschte Metallbereiche wirksam zu entfernen. Gefährliche Chemikalien wie Säuren werden in der Regel beim Abheben im Tauchverfahren verwendet. Dies erfordert zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen während der Verarbeitung.

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3-Sonden-Elektroden, hergestellt mit Lift-off