CN107871705B - 一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法，提供一玻璃基板；在玻璃基板表面上淀积第一金属铜层；在该第一金属铜层上制作光刻胶掩膜和电镀第二金属铜层；去除光刻胶掩膜，在第一金属铜层和第二金属铜层表面淀积一层二氧化硅介质层；研磨整平第二金属铜层及二氧化硅介质层；采用薄膜加工工艺在二氧化硅介质层上制作超薄THz薄膜电路图形；去除第一金属铜层和第二金属铜层，使超薄THz薄膜电路与玻璃基板分离；清洗超薄THz薄膜电路。本发明提高了超薄THz薄膜电路加工尺寸精度，降低了超薄THz超薄薄膜电路加工难度。

Description

一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法

技术领域

本发明涉及THz薄膜电路制作领域，具体涉及一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法。

背景技术

太赫兹(简称THz)在电磁波谱中的频率范围大致为0.1THz-10THz。THz波具有独特的瞬态性、宽带性、相干性和低能性。近年来，THz波以其独特的性能和广泛的潜在应用价值而越来越受到世界各国的关注，随着应用研究的不断深入和交叉学科领域的不断扩大，THz波的研究与应用将迎来一个蓬勃发展的阶段。

目前太赫兹模块主要采用超薄基片薄膜电路与导波相结合的结构。为了提高高频微波性能，国内外一般采用低介电常数基板材料，如石英、聚四氟乙烯等。同时为了降低损耗采用的介质厚度也很薄，如典型的介质厚度为50μm及其以下。早在1996年，美国J.L.Hesler博士设计的585GHz混频器，其中使用的石英基片厚度为38μm，电路宽度为0.114mm，镀金厚度为2～3μm。同时，国际上几家著名的薄膜电路制造公司，如美国ATP、UltraSource、ATC、DITF等，他们最薄石英基片电路产品仅为76μm。目前这些公司都没有50μm及以下厚度这种超薄石英基片的薄膜电路产品，可以说这种50μm及以下超薄厚度的基片薄膜电路的工程化生产还处于实验或不成熟阶段。

针对超薄介质THz薄膜电路加工工艺难点，国外公司目前主要采用基片背面减薄的方案加工，即：先将石英基片清洗干净、溅射沉积种子层，然后在超薄石英基片上进行平面集成电路图形加工，包括光刻电路图形、图形电镀和刻蚀，完成上述操作后，接着通过将超薄薄膜电路基片与承载基片临时键合形成键合体，对超薄薄膜电路基片进行研磨减薄。然后通过化学方法将超薄石英基片与承载基片形成的临时键合体分离，得到形成高精度微细加工电路图形结构的超薄石英基片，再进行超薄石英薄膜电路的外形划切，最后进行拣片和检验工作。

由于工作在太赫兹频段，电路要求基片材料的厚度非常薄，达到50μm甚至更薄。石英基片材料属于硬脆性材料，具有脆性高、断裂韧性低、材料弹性极限和强度非常接近等特性，机械强度差。基片越薄，脆性就越来越大，相应的断裂强度就越来越小。因此在THz频段下对50μm厚基片的实施工艺难度大。目前背面减薄加工工艺不可避免地在基片清洗、真空镀膜、光刻蚀图形、电镀、小尺寸划切及拣片等工艺环节存在一系列技术难点。特别对于30微米一下基片材料，机械强度已经无法满足当前光刻刻蚀和划切操作需求。

随着THz应用频率的不断提高，电路加工尺寸也在不断的缩小，加工精度不断提高，在1THz频段，薄膜电路外形尺寸已小至0.1mm，加工尺寸精度要求小于5微米，同时存在外形尺寸异形的THz电路加工需求，普通的晶圆划片机和激光设备已无法满足电路尺寸切割及加工精度需求。

综上所述，现有技术中对于超薄THz薄膜电路由于机械强度差无法满足光刻刻蚀加工操作需求，以及传统的激光、划片加工方法无法满足超薄THz薄膜电路尺寸加工精度需求的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法，提高超薄THz薄膜电路加工尺寸精度，降低超薄THz超薄薄膜电路加工难度。

本发明所采用的技术方案是：

一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法，包括以下步骤：

(1)提供一玻璃基板；

(2)在所述玻璃基板表面上淀积第一金属铜层；

(3)在该第一金属铜层上制作光刻胶掩膜和电镀第二金属铜层；

(4)去除光刻胶掩膜，在第一金属铜层和第二金属铜层表面淀积一层二氧化硅介质层；

(5)研磨整平第二金属铜层及二氧化硅介质层；

(6)采用薄膜加工工艺在二氧化硅介质层上制作超薄THz薄膜电路图形；

(7)去除第一金属铜层和第二金属铜层，使超薄THz薄膜电路与玻璃基板分离；

(8)清洗超薄THz薄膜电路。

进一步的，所述步骤(2)中，采用溅射镀膜方法在玻璃基版上淀积第一金属铜层，并采用电镀铜方法将玻璃基板上的第一金属铜层加厚至2-3μm。

进一步的，所述步骤(2)中，在该第一金属铜层上制作光刻胶掩膜，具体包括：

采用匀胶机在所述第一金属铜层表面均匀涂覆一层正性光刻胶，形成一光刻胶掩膜；

经过前烘后利用光刻机和光刻掩膜胶版进行曝光，然后显影、坚膜，形成具有多个开口的光刻胶掩膜。

进一步的，所述步骤(2)中，在该第一金属铜层上电镀第二金属铜层，具体包括：

以具有多个开口的光刻胶掩膜为模板，采用硫酸铜镀铜液在第一金属铜层上直流电镀第二金属铜层。

进一步的，在第一金属铜层上直流电镀第二金属铜层，电流密度为20～30mA/cm²；第二金属铜层厚度为13μm～15μm。

进一步的，所述步骤(4)中，去除光刻胶掩膜，在第一金属铜层和第二金属铜层表面淀积一层二氧化硅介质层，具体包括：

采用丙酮去胶剂，去除光刻胶掩膜；

以第一金属铜层和第二金属铜层为铜掩膜，采用化学气象沉积方法，在第一金属铜层和第二金属铜层表面淀积一二氧化硅介质层。

进一步的，所述步骤(5)中，采用研磨抛光方法减薄整平淀积的二氧化硅介质层，使二氧化硅介质层减薄至超薄THz薄膜电路需要介质厚度。

进一步的，所述步骤(6)中，采用薄膜加工工艺在二氧化硅介质层上制作THz薄膜电路图形的方法为：

利用先用超声波清洗机对二氧化硅介质层进行清洗，去除二氧化硅介质层表面污染物；

采用真空溅射镀膜方法在二氧化硅介质上形成一层钛钨-金复合膜层；

利用匀胶机在钛钨-金复合膜层上涂覆一层均匀的正性光刻胶，前烘后利用光刻机和光刻掩膜胶版进行曝光，然后显影、坚膜；

利用钛钨腐蚀液和金腐蚀液去除非THz薄膜电路图形部分钛钨-金复合膜层，形成需要超薄THz薄膜电路图形；

采用柠檬酸金钾镀金液，对THz薄膜电路图形进行直流电镀金加厚，形成最终超薄THz薄膜电路图形。

进一步的，对THz薄膜电路进行直流电镀金加厚时，电流密度为5～6mA/cm²；镀层厚度：2μm～3μm。

进一步的，所述步骤(7)中，采用三氯化铁腐蚀液去除第一金属铜层和第二金属铜层，使超薄THz薄膜电路与玻璃基板分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用镀有铜层膜的玻璃基板支持加工方法，解决了超薄THz薄膜电路加工过程无法夹持、容易碎裂的难题，由于玻璃基板表面平整高，能够很好的保证二氧化硅介质成膜质量，减少THz薄膜电路传输损耗；

(2)本发明采用光刻电镀的方法制作铜掩膜来定义THz薄膜电路尺寸，保证了THz薄膜电路尺寸加工精度，电路加工完后采用腐蚀液去除铜层，解决了超薄THz薄膜电路与玻璃板分离难题，此外，本发明具有加工效率高、一致性好、电路尺寸加工精确，且具有操作步骤简单，加工制作成品率高等优点，具有很好的推广使用价值。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例公开的高精度超薄THz薄膜电路制作方法流程图；

图2是本发明实施例公开的高精度超薄THz薄膜电路制作工艺流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在超薄THz薄膜电路机械强度低无法满足光刻刻蚀加工操作需求，以及传统加工方法加工精度差无法满足超薄THz薄膜电路尺寸精度需求不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法，提高超薄THz薄膜电路加工尺寸精度，降低超薄THz超薄薄膜电路加工难度。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法，该方法包括以下步骤：

步骤101：提供一玻璃基板，在所述玻璃基板表面上淀积第一金属铜层；

步骤102：在该第一金属铜层上制作光刻胶掩膜；

步骤103：在该第一金属铜层上电镀第二金属铜层；

步骤104：去除光刻胶掩膜；

步骤105：在第一金属铜层和第二金属铜层表面淀积一层二氧化硅介质层；

步骤106：研磨整平第二金属铜层及二氧化硅介质层；

步骤107：采用薄膜加工工艺在二氧化硅介质层上制作超薄THz薄膜电路图形；

步骤108：去除第一金属铜层和第二金属铜层，使超薄THz薄膜电路与玻璃基板分离；

步骤109：对超薄THz薄膜电路进行清洗，形成最终需要的超薄THz薄膜电路。

在本实施例中，选用的玻璃基板的表面光洁且平整，玻璃基板的厚度为0.5mm，尺寸为50mm×50mm。

得到一玻璃基板后，先采用溅射镀膜方法在玻璃基版表面上淀积一层第一金属铜层，然后采用电镀铜的方法将玻璃基板上的第一金属铜层加厚至2-3μm。在本实施例中，该第一金属铜层为TiW/Cu薄膜。

在上述的步骤102中，采用薄膜加工工艺制作光刻胶掩膜，经过涂胶、前烘、曝光、显影、和坚膜等光刻步骤后，在第一金属铜层上形成了具有多个开口的光刻胶掩膜，该光刻胶掩膜厚度大于超薄THz薄膜电路需要介质厚度。采用膜薄膜加工工艺制作光刻胶掩膜具体过程为：

步骤201：光刻涂胶，利用匀胶机在第一金属铜层上涂覆一层均匀的AZ4620型正性光刻胶，其中，匀胶机涂胶时转速为1000转/分，涂胶厚度15μm左右；

步骤202：光刻前烘，将玻璃基板放在100℃烘箱内加热5-6min，挥发掉光刻胶掩膜图形部分溶剂；

步骤203：光刻曝光，使用光刻机配合光刻掩膜胶版对光刻胶图层形部分进行紫外线曝光60s；

步骤204：光刻显影，将曝光后的玻璃基板放在显影液中浸泡4分钟，把玻璃基板上已曝光过的正性光刻胶去除，使光刻胶掩膜上形成多个开口；

步骤205：光刻坚膜，将将玻璃基板放在110℃烘箱内加热5～10min，在第一金属铜层上形成具有多个开口的光刻胶掩膜。

在第一金属铜层上形成了具有多个开口的光刻胶掩膜后，采用硫酸铜镀铜液在第一金属铜层上直流电镀第二金属铜层，该第二金属铜层厚度大于超薄THz薄膜电路需要介质厚度。其中，直流电镀铜时，电流密度为20～30mA/cm²；第二金属铜层厚度为13μm～15μm。

在上述的步骤104中，采用丙酮去胶剂，去除光刻胶掩膜，形成由第一金属铜层和第二金属铜层组成的铜掩膜，由于铜掩膜是采用光刻方法得到的，一般尺寸偏差小于3μm，可以很好保证THz薄膜电路外形尺寸精度，与划片激光等加工方法相比，提高了加工精度。

在上述的步骤105中，采用化学气象沉积方法，在铜掩膜表面形成一层二氧化硅介质层，在本实施例中，该二氧化硅介质层介质厚度为15μm，该二氧化硅介质厚度大于最终超薄THz薄膜电路需要介质厚度。

接着，采用研磨抛光方法减薄整平二氧化硅介质层，分别经过粗磨、精磨和抛光步骤，使最终二氧化硅介质层光洁度达到60/光学抛光，，提高介质表面平整度及光洁度，减少电路损耗。采用研磨抛光的方法使二氧化介质层减薄至最终超薄THz薄膜电路需要介质厚度，在本实施例中，最终超薄THz薄膜电路需要介质厚度为10μm，采用研磨抛光的方法使二氧化介质层减薄至10μm。

在上述的步骤107中，采用薄膜加工工艺在二氧化硅介质层上制作THz薄膜电路图形，分别经过清洗、溅射、光刻和电镀步骤。制作THz薄膜电路图形的具体方法为：

步骤301：清洗，利用超声波清洗机对二氧化硅进行清洗，去除表面污染物。

步骤302：溅射，采用真空溅射镀膜方法在二氧化硅介质层上形成一层钛钨-金复合膜层。

步骤303：光刻匀胶，利用匀胶机在钛钨-金复合膜层上涂覆一层均匀的正性光刻胶，涂胶转速为3000转～4000转/分，涂胶厚度为1-1.3μm。

步骤304：光刻前烘，将玻璃基板放在100℃烘箱内加热2～3min，挥发掉光刻胶图形部分溶剂；

步骤305：光刻曝光，使用光刻机配合光刻掩膜胶版对光刻胶图形部分进行紫外线曝光15s。在曝光时要保证电路图形与二氧化硅介质层边界位置对准，对准精度小于5μm，以保证电路图形与电路外形尺寸位置精度。

步骤306：光刻显影，将曝光后的玻璃基板在显影液中浸泡40秒，把钛钨-金复合膜层上已曝光过的正性光刻胶去除；

步骤307：光刻坚膜，将玻璃基板放在110℃烘箱内加热3～5min，挥发掉光刻胶图形部分溶剂；

步骤308：光刻腐蚀，采用钛钨和金腐蚀液腐蚀去除非图形部分钛钨-金复合膜层，形成需要THz薄膜电路图形；

步骤309：电镀，采用柠檬酸金钾镀金液直流电镀金，对超薄THz薄膜图形电路进行电镀金加厚，电流密度为5～6mA/cm²；镀层厚度：2μm～3μm，形成最终THz薄膜电路图形。

得到超薄THz薄膜电路图形后，采用三氯化铁腐蚀液去除第一金属铜层和第二金属铜层，使THz薄膜电路与玻璃基板分离。由于超薄THz薄膜电路尺寸小一般小于0.5mm，腐蚀液可以很快渗入，腐蚀去除二氧化硅介质下面铜层使THz薄膜电路与玻璃板分离。由于三氯化铁腐蚀液对电路金层无腐蚀性，可以保证超薄THz薄膜电路的完好性。

最后，对超薄THz薄膜电路进行有机溶剂清洗、等离子水清洗、烘干，形成二氧化硅介质厚度为10μm、尺寸精度小于5μm的超薄THz薄膜电路。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明采用镀有铜层膜的玻璃基板支持加工方法，解决了超薄THz薄膜电路加工过程无法夹持、容易碎裂的难题，由于玻璃基板表面平整高，能够很好的保证二氧化硅介质成膜质量，减少THz薄膜电路传输损耗；

(2)本发明采用光刻电镀的方法制作铜掩膜来定义THz薄膜电路尺寸，保证了THz薄膜电路尺寸加工精度，电路加工完后采用腐蚀液去除铜层，解决了超薄THz薄膜电路与玻璃板分离难题，此外，本发明具有加工效率高、一致性好、电路尺寸加工精确，且具有操作步骤简单，加工制作成品率高等优点，具有很好的推广使用价值。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)提供一玻璃基板；

(2)在所述玻璃基板表面上淀积第一金属铜层；

(3)在该第一金属铜层上制作光刻胶掩膜和电镀第二金属铜层；

(4)去除光刻胶掩膜，在第一金属铜层和第二金属铜层表面淀积一层二氧化硅介质层；

(5)研磨整平第二金属铜层及二氧化硅介质层；

(6)采用薄膜加工工艺在二氧化硅介质层上制作超薄THz薄膜电路图形；

(7)去除第一金属铜层和第二金属铜层，使超薄THz薄膜电路与玻璃基板分离；

(8)清洗超薄THz薄膜电路。

2.根据权利要求1所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，所述步骤(2)中，采用溅射镀膜方法在玻璃基板上淀积第一金属铜层，并采用电镀铜方法将玻璃基板上的第一金属铜层加厚至2-3μm。

3.根据权利要求1所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，所述步骤(2)中，在该第一金属铜层上制作光刻胶掩膜，具体包括：

采用匀胶机在所述第一金属铜层表面均匀涂覆一层正性光刻胶，形成一光刻胶掩膜；

经过前烘后利用光刻机和光刻掩膜胶版进行曝光，然后显影、坚膜，形成具有多个开口的光刻胶掩膜。

4.根据权利要求3所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，所述步骤(3)中，在该第一金属铜层上电镀第二金属铜层，具体包括：

以具有多个开口的光刻胶掩膜为模板，采用硫酸铜镀铜液在第一金属铜层上直流电镀第二金属铜层。

5.根据权利要求4所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，在第一金属铜层上直流电镀第二金属铜层，电流密度为20～30mA/cm²；第二金属铜层厚度为13μm～15μm。

6.根据权利要求1所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，所述步骤(4)中，去除光刻胶掩膜，在第一金属铜层和第二金属铜层表面淀积一层二氧化硅介质层，具体包括：

采用丙酮去胶剂，去除光刻胶掩膜；

以第一金属铜层和第二金属铜层为铜掩膜，采用化学气象沉积方法，在第一金属铜层和第二金属铜层表面淀积一二氧化硅介质层。

7.根据权利要求1所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，所述步骤(5)中，采用研磨抛光方法减薄整平淀积的二氧化硅介质层，使二氧化硅介质层减薄至超薄THz薄膜电路需要介质厚度。

8.根据权利要求1所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，所述步骤(6)中，采用薄膜加工工艺在二氧化硅介质层上制作THz薄膜电路图形的方法为：

利用先用超声波清洗机对二氧化硅介质层进行清洗，去除二氧化硅介质层表面污染物；

采用真空溅射镀膜方法在二氧化硅介质上形成一层钛钨-金复合膜层；

利用匀胶机在钛钨-金复合膜层上涂覆一层均匀的正性光刻胶，利用光刻机和光刻掩膜胶版进行曝光，然后显影、坚膜；

利用钛钨腐蚀液和金腐蚀液去除非THz薄膜电路图形部分钛钨-金复合膜层，形成需要超薄THz薄膜电路图形；

采用柠檬酸金钾镀金液，对THz薄膜电路图形进行直流电镀金加厚，形成最终超薄THz薄膜电路图形。

9.根据权利要求7所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，对THz薄膜电路进行直流电镀金加厚时，电流密度为5～6mA/cm²；镀层厚度：2μm～3μm。

10.根据权利要求1所述的高精度超薄THz薄膜电路制作方法，其特征是，所述步骤(7)中，采用三氯化铁腐蚀液去除第一金属铜层和第二金属铜层，使超薄THz薄膜电路与玻璃基板分离。

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