CN105842981B - 一种低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：S1：在基板上涂覆第一层光刻胶，在所述光刻胶上覆盖一层金属箔片，在所述金属箔片上涂覆第二层光刻胶；S2：对第一、二层光刻胶进行前烘处理，借助掩膜板对第二层光刻胶进行曝光和显影；对第二层光刻胶进行后烘处理；S3：对所述金属箔片进行蚀刻，然后对第一层光刻胶进行曝光和显影，再对第一层光刻胶进行后烘处理即得精密芯片模具光刻掩膜。本发明提供的制备方法制备得到的光刻掩膜的最低线宽不低于20um，光刻胶厚度可以达到200um～300um，所得光刻掩膜能满足精密芯片加工制作的要求。

Description

一种低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法
技术领域
本发明涉及微纳加工技术领域，具体涉及一种低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法。
背景技术
目前半导体和集成电路芯片加工中的光刻掩膜制作方法通常采用电子束刻蚀或者照相制版技术，电子束刻蚀制版技术虽然精细度高但需要昂贵的刻蚀设备，且制作要求高，工艺复杂，生产周期长，生产成本高；照相制版技术是利用照相上的缩放技术，将大的图形通过缩放转移到模板上制得光刻掩膜，通常需要专业的投影设备，并且工艺步骤多，整个工艺生产成本也相对比较高。
在精密芯片研究中，一方面需要经常更换芯片设计，而半导体行业使用的光刻掩膜成套设备成本高，且设计复杂，生产周期长；这就使得半导体和集成电路中的光刻掩膜制作技术不能在精密芯片大规模生产中大力推广。另一方面，精密芯片的微通道尺寸远大于大规模集成电路，宽度一般在10um～200um，深度在50um～150um之间，芯片的面积约为数平方厘米，虽然采用精密设备可以生产制备这类精密芯片光刻掩膜，但工艺成本较高。
目前，精密芯片掩膜加工技术中普遍使用厚胶工艺，大部分加工方法需要购买较为昂贵的光刻胶，如：SU-8光刻胶，这造成光刻掩膜的成本较高。因此，研究开发出一种既能满足精密芯片制作需要，又简单易行、低成本的光刻掩膜制作方法具有极重要的科学价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法，本发明提供的制备方法制备得到的光刻掩膜的最低线宽不低于20um，光刻胶厚度可以达到200um～300um，所得光刻掩膜能满足精密芯片加工制作的要求。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的精密芯片模具光刻掩膜。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
S1：在基板上涂覆第一层光刻胶，在所述光刻胶上覆盖一层金属箔片，在所述金属箔片上涂覆第二层光刻胶；
S2：对第一、二层光刻胶进行前烘处理，借助掩膜板对第二层光刻胶进行曝光和显影；对第二层光刻胶进行后烘处理；
S3：对所述金属箔片进行蚀刻，然后对第一层光刻胶进行曝光和显影，再对第一层光刻胶进行后烘处理即得精密芯片模具光刻掩膜。
目前在不少精密模具制造加工中，需要首先在模具表面上制作一层100μm～300μm的厚胶，而这类厚胶制备工艺普遍选用价格较为昂贵的光刻胶SU-8。本发明中，我们突破了普通低廉光刻胶只能一次性单层制备得到厚度为50～100μm的光刻掩膜的技术瓶颈，通过在基板上涂覆第一层光刻胶，并在第一层光刻胶上铺设金属箔片，然后于金属箔片上涂覆第二层光刻胶的方法研究开发出了一种利用低成本普通光刻胶就能制备得到厚度为100～300μm的多层光刻掩膜的制备方法。本发明提供的方法还可以根据需要在第二层掩膜的基础上，继续涂覆第三层光刻胶以制备得到更厚要求的光刻掩膜。本发明提供的方法简单易行，选材成本低，具有较大的推广应用价值。
在本发明中，所述光刻胶可以是正性胶，也可以是负性胶。优选地，所述光刻胶为正性胶；更为优选地，所述光刻胶为市售的PR-2000SA系列光刻胶。
优选地，所述前烘处理包括：将涂覆光刻胶的基板放置在70～80℃的水平热盘上软烘10～15min；然后于室温下自然凝固10小时以上；优选地，软烘后于干燥的室温下自然凝固10小时以上。
优选地，所述曝光和显影包括：对前烘处理后的光刻胶进行曝光，对曝光后的光刻胶进行显影。
优选地，所述曝光包括：将带有微通道图案的掩膜版紧贴在光刻胶上后，在紫外光下曝光，所述曝光功率为750～810mJ/cm2，曝光时间为120s～160s。
优选地，所述显影包括：将曝光后的涂覆有光刻胶的基板放入碳酸钠溶液中进行显影；所述碳酸钠溶液的质量分数为0.8%～1.2%，显影液的温度为32～35℃，显影液压力为1.0～3kg/cm2，显影时间为20～30秒。
优选地，所述后烘处理为于150℃～155℃烘烤8～10分钟。
所述金属箔片蚀刻处理为等离子干法蚀刻或化学蚀刻，优选地，采用5%的盐酸溶液冲蚀3～5分钟。
在本发明中，所述基板可以是黄铜片、紫铜片、不锈钢片等金属材料，也可以是硅、玻璃等非金属材料。优选地，所述基板为黄铜片、紫铜片、不锈钢片、镍片等抛光的金属材料。
优选地，所述基板的厚度为3～5mm。
优选地，所述金属箔片为0.01～0.10 mm厚的市售紫铜箔片、黄铜箔片、铝箔片或不锈钢箔片等；更为优选地，所述金属箔片为铝箔片。
在本发明中，所述掩膜板可以是菲林胶片掩膜板、铬金属掩膜板，优选地，选用高分辨率激光照排机制作的菲林胶片掩膜板。
上述制备方法制备得到的低成本精密芯片模具光刻掩膜。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明提供的制备方法制备得到的光刻掩膜最低线宽不低于20um、厚度可以达到200um～300um，特别适合最小线宽在20um以上，厚度在300um以下精密芯片模具光刻掩膜的制备，本发明制备得到的光刻掩膜能满足精密芯片加工制作的要求；
（2）本发明提供的制备方法中使用的光刻胶能够替代现有光刻掩膜加工中普遍选用的价格昂贵的光刻胶，成本较低；
（3）本发明提供的方法工艺简单、选材成本低、加工周期短、不需要大型成套设备。
附图说明
图1是实施例1提供的低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法流程图；
图2是实施例1提供的制备方法的操作示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法：所使用原料、助剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场购买等商业途径得到的原料和助剂。
实施例1
图1是本实施例提供的低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法流程图，如图1所示：
步骤S102，在基板上涂覆第一层型号为PR-2000SA正性光刻胶，厚度55um。
步骤S104，在第一层光刻胶上均匀覆盖一层金属箔片，选用厚度为80微米铝箔。
步骤S106，在金属箔片上涂覆第二层型号为PR-2000SA正性光刻胶，厚度55um。
步骤S108，对第一、二层光刻胶做前烘处理，将涂覆好光刻胶的基板先放在一个水平的温度75℃的热盘上软烘13分钟，然后洁净室温空气下自然凝固10小时以上。
步骤S110，采用高分辨率的菲林胶片掩膜板对第二层光刻胶进行曝光和显影，365nm紫外线曝光功率780mJ/cm2，碳酸钠显影液温度在33℃之间,显影液中碳酸钠浓度在1.1%,显影液压力在2.0kg/cm2,显影时间25秒。
步骤S112，对第二层光刻胶进行后烘处理，在153℃下烘烤9分钟。使光刻胶图形平滑，消除菲林胶片掩膜板上图样边缘粗糙噪点引起的不足。
步骤S114，对金属箔片进行蚀刻处理，采用3%的盐酸溶液冲蚀4分钟。
步骤S116，对第一层光刻胶进行曝光和显影，曝光功率是780mJ/cm2，曝光时间在140s，显影液温度在33℃之间,显影液中碳酸钠浓度在1.1%,显影液压力在2.0kg/cm2,显影时间25秒。
步骤S118，对第一层光刻胶进行后烘处理，在153℃下烘烤9分钟。
本实施例提供的光刻掩膜的制备方法既保证了常规光刻掩膜可重复使用、图形精细度高的性能，又兼顾了设计简单、投入设备成本低和制作周期快的优势。
图2是本实施例提供的制备方法的操作示意图，图2中给出了各操作步骤的示意图。
(1)在基板1上涂覆第一光刻胶2。
(2)在第一层光刻胶2上覆盖金属箔片3。
(3)在金属箔片3上涂覆光刻胶4。
(4)用掩膜板5和紫外光6对做好前烘处理的样品进行曝光。
(5)对曝光后的光刻胶7进行显影，从而将光刻胶7去除，得到残留的光刻胶8构成的预定图案。
(6)对金属箔片3进行蚀刻处理，得到金属箔片9。
(7)对第一层光刻胶2进行曝光处理。
(8)将曝光后的光刻胶10显影去除，得到残留光刻胶11构成的图案。
按照此方法制作的光刻掩膜用在精密芯片的加工中，制作的精密芯片的最小线宽可达20um，厚度为190um(其中，金属箔片的厚度为80um)；在小线宽处沟道边缘平滑，完全能满足一般精密芯片实验需要。
实施例2
如图1所示：
步骤S102，在基板上涂覆第一层型号为PR-2000SA正性光刻胶 ，厚度80微米。
步骤S104，在第一层光刻胶上均匀覆盖一层金属箔片，选用厚度为130微米铝箔。
步骤S106，在金属箔片上涂覆第二层型号为PR-2000SA正性光刻胶， 厚度80微米。
步骤S108，对第一、二层光刻胶做前烘处理，将涂覆好光刻胶的基板先放在一个水平的温度80℃ 的热盘上软烘15分钟 ，然后洁净室温空气下自然凝固10小时以上。
步骤S110，采用高分辨率的菲林胶片掩膜板对第二层光刻胶进行曝光和显影，365nm紫外线曝光功率810mJ/cm2 ，碳酸钠显影液温度在35℃之间 ,显影液中碳酸钠浓度在1.2% ,显影液压力在3.0kg/cm2 ,显影时间30秒 。
步骤S112，对第二层光刻胶进行后烘处理，在155℃ 下烘烤10分钟 。使光刻胶图形平滑，消除菲林胶片掩膜板上图样边缘粗糙噪点引起的不足。
步骤S114，对金属箔片进行蚀刻处理，采用3%的盐酸溶液冲蚀5分钟 。
步骤S116，对第一层光刻胶进行曝光和显影，曝光功率是810mJ/cm2 ，曝光时间在160s ，显影液温度在35℃之间, 显影液中碳酸钠浓度在1.2% ,显影液压力在3.0kg/cm2,显影时间30秒 。
步骤S118，对第一层光刻胶进行后烘处理，在155℃ 下烘烤10分钟 。
按照此方法制作的光刻掩膜用在精密芯片的加工中，制作的精密芯片的最小线宽可达30um，厚度为290um(其中，金属箔片的厚度为130um)；在小线宽处沟道边缘平滑，完全能满足一般精密芯片实验需要。

Claims (8)

1.一种低成本精密芯片模具光刻掩膜的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
S1：在基板上涂覆第一层光刻胶，在所述光刻胶上覆盖一层金属箔片，在所述金属箔片上涂覆第二层光刻胶；
S2：对第一、二层光刻胶进行前烘处理，借助掩膜板对第二层光刻胶进行曝光和显影；对第二层光刻胶进行后烘处理；
S3：对所述金属箔片进行蚀刻，然后对第一层光刻胶进行曝光和显影，再对第一层光刻胶进行后烘处理即得精密芯片模具光刻掩膜；
所述光刻胶为市售的PR-2000SA系列正性光刻胶；所述光刻掩膜的厚度为100μm～300μm。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述前烘处理包括：将涂覆光刻胶的基板放置在70～80℃的水平热盘上软烘10～15min,然后室温下自然凝固10小时以上。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述曝光和显影包括：对前烘处理后的光刻胶进行曝光，对曝光后的光刻胶进行显影。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述曝光包括：将带有微通道图案的掩膜板紧贴在光刻胶上后，在紫外光下曝光。
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述显影包括：将曝光后的涂覆有光刻胶的基板放入碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠溶液中进行显影。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述后烘处理为于150℃～155℃烘烤8～10分钟。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述金属箔片蚀刻处理为等离子干法蚀刻或化学蚀刻。
8.权利要求1～7任一所述制备方法制备得到的低成本精密芯片模具光刻掩膜。
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