ベアウェーハからパターニング済み金属まで4ステップ
リフトオフはまずレジストをパターニングし、ウェーハ全面に金属を成膜した後、レジストを溶解させてレジスト上の不要金属を除去することで金属パターンを定義します。下地材料のエッチングは不要です。
レジスト塗布・露光
ポジ型フォトレジストをウェーハにスピンコートし、必要なフィーチャーサイズに適した露光ツールで露光。シングルレイヤーポジ型レジスト、アンダーカットプロファイル。コンタクトアライナー・ステッパー対応。4〜12インチウェーハ。
現像・検査
露光レジストを現像して金属成膜ウィンドウを開口。側壁プロファイル（わずかに逆テーパー形状）がリフトオフの清潔さを決定します。SEM側壁プロファイル確認で残渣のない開口部とブリッジなしを確認。
PVD金属成膜
PVD（スパッタリングまたは蒸着）でパターニング済みウェーハ全面に金属を成膜。成膜は指向性が高い必要があります - レジスト側壁への金属被覆を最小化してリフトオフを容易にします。スパッタリング・蒸着両対応。Au・Pt・Ti・TiN、AuSn 80/20共晶。
溶剤リフトオフ
ウェーハをNMP（N-メチル-2-ピロリドン）またはアセトン溶剤浴に浸漬。標準フォトレジストにはアセトン、特殊厚膜レジストや困難なリフトオフには高温NMPを使用します。金属エッチング化学不要 - 下地材料は化学的に攻撃されません。超音波アシスト対応で清潔なエッジ定義を確保。レジスト上の金属が溶解と同時に剥離し、所望の金属パターンのみが残ります。
ウェットエッチングが選択肢にない場合
リフトオフは金属をウェットエッチングできない場合に適したパターニング方式です。実用的なエッチャントが存在しないか、エッチングが下地層を攻撃するリスクがある場合に最適です。
| 条件 | リフトオフ | ウェットエッチング | ドライ（プラズマ）エッチング |
|---|---|---|---|
| Au · Pt · Ir · AuSn | ✓ 最良の選択肢 - 信頼できるエッチャントなし | ✗ 実用的なエッチャントなし | ✗ 非常に低速、再成膜、チャンバー汚染 |
| Al · Ni · Cr | ✓ 有効 | ✓ 信頼性高く、高速 | ✓ 良好な選択肢 |
| 微細ピッチ電極（<5µm） | ✓ 優秀 - シャープな側壁、アンダーカットなし | ✗ 等方的エッチングでフィーチャーにアンダーカット | △ 良好（ただしマスク必要） |
| 厚い金属（>2µm） | ✗ 困難 - 金属厚さ < レジストアンダーカットが必要 | ✓ 厚さ制限なし | ✓ 厚さ制限なし |
| 敏感な下地層 | ✓ 成膜後の膜にエッチング工程なし（レジスト・溶剤適合性はスタックごとに確認） | ✗ エッチャントが下地材料を攻撃する場合あり | ✗ プラズマがゲート酸化膜・センサーを損傷する可能性 |
| 多層金属スタック | ✓ 全層を1回のPVDランで成膜、まとめてリフトオフ | ✗ 各層に個別のエッチングステップが必要 | ✗ 各層に個別のエッチングステップが必要 |
| エッジ鋭さ | ✓ エッチング等方性でなくレジストで定義 | ✗ アンダーカットがエッジ定義を劣化 | △ 良好な垂直側壁が可能 |
貴金属
AuとPtには、フォトレジストと共存できる実用的なウェットエッチャントがありません。王水はAuをエッチングしますが、ほぼすべての下地材料とフォトレジストを侵食します。リフトオフがAu電極・Ptコンタクト・ボンドパッドの唯一の実用的なパターニング方式です。
AuSn共晶バンプ
AuSn 80/20共晶はんだは、278°Cリフローに必要な正確なAu:Sn比を破壊せずにウェットエッチングできません。PVD + リフトオフがSiPhoフリップチップ接合向けウェーハレベルAuSnバンプ定義の標準方式です。
下地層への影響
エッチングケミストリーが以前に成膜した層（III-V族化合物半導体表面・圧電材料・バイオインターフェース）を攻撃するデバイスでは、プラズマダメージも化学的攻撃もないリフトオフが最適です。
リフトオフとエッチングは一方が常に優れているわけではありません。適切な選択は金属・フィーチャー形状・下地スタック・量産規模によって異なります。
| 要件 | リフトオフ | エッチング |
|---|---|---|
| Au・Pt・AuSn・In系（エッチング液なし） | ◎ 最良の選択肢 | ✗ 実用的なエッチング液が存在しない |
| 微細フィーチャー（<5µm） | ◎ レジスト定義・アンダーカットなし | △ 等方性エッチングでアンダーカット |
| 多層金属スタック | ◎ 1回の真空引きで全層・一括リフトオフ | ✗ 層ごとに個別エッチング |
| 敏感な下地層 | ◎ プラズマ損傷・薬液侵食なし | △ 下地への侵食・損傷リスク |
| 厚い金属（>2µm） | △ レジスト厚に制約される | ◯ 厚さ制限なし（めっきも参照） |
バンプや厚膜金属での競合はエッチングではなく電解めっきであり、その境界は好みではなく形状と経済性で決まります。正直な答えは次のとおりです。
形状の限界
クリーンなリフトオフには、成膜金属をレジスト厚の約1/3〜1/2以下に抑える必要があります。さらに材料がレジスト上面に堆積するにつれて開口部が塞がっていき（ピンチオフ）、成膜は自己制限されます。実務上、蒸着フィーチャーの上限は約5〜10µm、厚い二層レジストと冷却・高コリメーションの装置でおよそ15µmです。それより高いもの、あるいはリフトオフの切頭円錐形状ではなく垂直側壁が必要なものは、レジストモールドめっきの領域です。Cuピラー・厚膜SnAg・背高Niがほぼ例外なくめっきである理由です。
経済性の限界
蒸着はチャンバー全体を被覆し、材料の大半は捨てられます。だからこそ経済的なのは、当サイトが蒸着を使っている場所そのものです：薄い層、オーバースプレーを回収できる貴金属、そして少ないウェーハ数。めっきは電流が流れる場所にだけ成膜し、浴の容量でスケールし、層が厚くなり数量が増えた瞬間からスループットで勝ちます。この交差点こそ、当社のUBM・AuSn・インジウム・金の微細ピッチが蒸着で走り、Cu・厚膜はんだ・背高金がめっきラインで走る理由です。1つのフロー、2つの装置、それぞれが正直な持ち場で。
| お客様の要件 | ルート | 理由 |
|---|---|---|
| Pt・AuSn・AuGe・In・高鉛・合金スタック | 蒸着 + リフトオフ | 実用的なエッチング・めっき化学が存在しない - レイヤー比で組成制御 |
| サブµm〜約5µmのフィーチャー・清浄界面 | 蒸着 + リフトオフ | レジスト定義エッジ - 全層を1回の真空で |
| 約10µmを超えるバンプ | レジストスルーめっき | リフトオフの形状上限を超えるため |
| Cuピラー · 厚膜SnAg · 背高Ni | レジストスルーめっき | 垂直側壁・厚さ・スループット |
| 厚膜金属の量産 | レジストスルーめっき | 必要な場所にだけ成膜 - 浴の経済性 |
| レジスト・溶剤が許容できない（リリース済みMEMS・有機層） | シャドウマスク蒸着 | Si / Moステンシル - レジストがデバイスに一切触れない - 分解能は数十µm |
両ルートとも当社で走ります。推奨はお客様の形状に従います：UBM・AuSn・インジウム・金バンプはリフトオフで、Cu・厚膜はんだ・背高金は電気めっきで。
レジストにも溶剤にも一切出会えないデバイスがあります。そのためのパターンはリソグラフィではなくステンシルから来ます。そして同じ蒸着装置の上で走ります。
仕組み
シリコンまたはモリブデンのステンシルをウェーハにクランプし、開口部を通して金属を蒸着します。金属はステンシルが許す場所にだけ着膜します。レジストの塗布なし、溶剤がデバイスに触れることもなし、生き延びるべきリフトオフ工程もなし。分解能は正直に控えめです：数十ミクロン。ステンシル厚とステンシル-ウェーハ間ギャップで決まり、ギャップが広がる場所ではエッジがなだらかになります。
本領を発揮する場所
スピンコートで貼り付いてしまうリリース済みMEMS構造、溶剤に侵される有機・温度脆弱デバイス層、残渣予算が絶対的な極低温部品。オリジナルのC4バンプは数十年シャドウマスクで作られており、ヘリテージは本物です。レジストルートと並行して運用し、プログラムごとに推奨します - レジストがリスクならステンシル、分解能が要件ならリフトオフ。
リフトオフが勝つのは、金属が薄いとき、合金組成を浴ではなく成膜で決めなければならないとき、実用的なめっき化学が存在しないとき、そして界面純度がデバイスを決めるとき。めっきが勝つのは、厚さ・側壁プロファイル・スループット・材料コスト。シャドウマスクが勝つのは、レジストそのものが許容できないとき。それ以外はすべてディテールです。
リフトオフパターニングで使用可能な金属
すべての金属は材料とターゲット膜特性に応じてPVD（スパッタリングまたは蒸着）で成膜します。リクエストに応じてその他の金属とカスタムスタックも対応可能。最小フィーチャーサイズと最大膜厚は相互に依存します。
| 金属 / スタック | 成膜方式 | 典型厚さ | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| Ti/Au | スパッタ（Ti）+ スパッタまたは蒸着（Au） | Ti 10〜50nm / Au 50〜500nm | ボンドパッド・電極・RFコンタクト・オーミックコンタクト |
| Ti/Pt | スパッタ（Ti）+ スパッタ（Pt） | Ti 10〜30nm / Pt 50〜200nm | 生体医療電極・MEA・神経プローブ・MEMSセンサー |
| AuSn 80/20 | PVD マルチレイヤー（Au/Sn積層） | 合計スタック 1〜5µm | フリップチップ向け共晶バンプ定義・気密封止 |
| Ti/TiN | 反応性スパッタ | Ti 20〜100nm / TiN 50〜200nm | 拡散バリア・UBM密着層 |
| NiCr | スパッタまたは蒸着 | 50〜500nm | 薄膜抵抗・UBM・はんだ付け可能表面 |
| AlCu | スパッタ | 100nm〜2µm | 相互接続金属・MEMS構造層 |
| TiW/Au | スパッタ | TiW 50nm / Au 100〜300nm | AuSnとSnAgはんだ向けUBM・RDLシード層 |
リフトオフパターニングが使用される用途
生体医療電極
神経記録・網膜インプラント・ラボオンチップバイオセンサー向けAuとPtマイクロ電極アレイ（MEA）。Ti/AuとTi/Pt積層リフトオフパターニング。生体適合金属にはウェットエッチャントが存在せず、リフトオフが唯一の実用的パターニング方式です。
RF・MEMSコンタクト
RF MEMSスイッチ・SAW/BAWレゾネーターコンタクトパッド、GaAsとGaNデバイスのオーミックコンタクトにAuまたはTi/Auリフトオフパターニング。III-V族表面はウェットエッチャントに敏感なためリフトオフが最適。
AuSnバンプ定義
SiPhoPICへのレーザーダイオードフリップチップ接合・MEMS気密封止・RF MMICフリップチップのウェーハレベルAuSn共晶バンプ。PVDマルチレイヤーリフトオフで正確な80/20 Au:Sn比を定義。
RDL・UBMシード層
アンダーバンプメタライゼーション（UBM）と再配線層（RDL）シード層はTi/AuまたはTiW/Auリフトオフで定義されることが多い。50µm以下のピッチ対応。微細ピッチパッケージング。
貴金属パターニングと一貫フロー
貴金属パターニング専門
AuとPtには実用的なウェットエッチャントが存在しません。これらの金属のパターニングにはリフトオフが唯一の実用的な方式です。王水はAuをエッチングしますが、ほぼすべての下地材料とフォトレジストを侵食します。ニューラルMEA・MEMS接触パッド・ボンドパッドで標準的に使用。
AuSn共晶バンプ定義
AuSn 80/20共晶はウェットエッチングできません。フリップチップと気密パッケージング向けAuSnバンプ定義の標準方法はPVD + リフトオフです。
PVD成膜と一貫フロー
リフトオフはPVD金属成膜と直接連携しています。スパッタリング・Eビーム蒸着・溶剤リフトオフのすべてを専任プロジェクトマネージャーのもとで提供。クロス工程転送リスクなし。
リフトオフは大きなフローの一部
リフトオフはフォトリソグラフィ・薄膜成膜・先端パッケージングを結びつけます。最も関連する隣接サービスページ：
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