CN102978567A - 一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法 - Google Patents

Abstract

针对现有蒸镀电极用掩膜版或加工成本高或精度差的不足，本发明公开了蒸镀电极的免光刻高精度铜箔掩模版的制备方法，是在铜箔表面旋涂正性光刻胶，通过紫外曝光工艺，在铜箔上形成所需的电极图形，然后将此铜箔放入铜刻蚀液中，在光刻胶的保护下刻蚀出所光刻的图形，去胶即可完成铜箔掩模版的制备。该铜箔掩模版可直接用于蒸镀电极使用，免去了器件制备中的多步光刻工艺，避免了光刻过程可能对材料以及器件性能造成的不利影响。本发明制备方法简单易行，稳定可靠，可以应用到各种微纳米尺寸器件电极的制备。

Description

一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造行业的掩模版制备技术领域，具体地说是一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的制备方法。

背景技术

掩模版翻印技术作为图形和文字转移的一个重要媒介，广泛应用于包括电子、微电子行业在内的多种行业领域。随着技术、工艺的进步，该技术已发展到微米级别的高精度掩模加工水平，并进一步向亚微米以及纳米级的精度水平发展。

目前，在半导体行业中主要是采用高成本的铬材质的掩模版，通过紫外曝光光刻技术，实现微纳器件的制备。且上述技术方案的实现，还需要多次的光刻步骤，并其使用大量昂贵且易造成环境污染的光刻胶、显影液、去胶剥离液等一次性消耗品。此外，该方法对需要蒸镀电极有苛刻的要求：其一，上述方法对蒸镀电极的材料以及制备的器件性能有一定的损害；其二，该方法不适用于有机半导体材料，无法通过光刻工艺实现基于有机半导体材料的微纳器件的制备；其三，铬掩膜版的基材一般为高纯度的熔融石英，成本较高，其制作工艺主要有激光和电子束两种图形描绘方式，不管是哪种制造工艺都是一个复杂的高能耗的过程，其在保存、保养方面也需谨慎细致，因而从制造、使用到保存，铬掩模版的成本都较高。

为解决上述技术难题，避免采用光刻工艺，现有的解决方法是采用传统机械、激光加工的方法制作表面附有大量贯穿孔的金属掩模版，直接用于电极的蒸镀。但是，这种替代方案的弊端有：一、该方案的金属掩膜版的加工精度最高仅约100μm，远低于铬掩模版，远远不能满足微纳器件的制备要求；二、随着掩膜版厚度、精度的提升，采用该方案的掩膜版的加工难度越大、废品率剧增、成本越高；三、采用上述方案制作的掩膜版通常厚度大、质量重，在使用时可能需要额外的机械进行夹持固定，而在蒸镀电极时需要高真空度的洁净加工环境，额外的辅助设备越多越严重干扰实验的精度。

尽管也有人提出用激光飞秒切割的工艺进行免光刻掩膜版的制作，借此克服上述在加工精度上的难题，但是采用激光飞秒切割的成本极高，既不适合科研机构小规模理论实验，也不满足企业质检、工艺等部门的小批量加工，因此需要发展一种确保精度与采用铬掩模版的精度相当，但加工简单、成本低廉的掩膜版与制造方法。

发明内容

针对现有技术所存在的制造精度与制造成本无法兼顾、应用范围有限等上述不足，本发明提供一种制备方法简单、成本低廉、易于实现的且可反复使用的一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法。其具体方法为：

一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法，按如下步骤进行：

1）将一片铜箔1的一侧面粘附在热剥离胶带2上，在所述铜箔1的另一侧面上旋涂一层正性光刻胶3，并通过紫外曝光的工艺方法在正性光刻胶3上进行光刻形成所需的电极图形，将正性光刻胶3上的电极图形区域清洗掉，使得与电极图形区域相对应的铜箔1暴露出来；其中，所述热剥离胶带2确保在旋涂正性光刻胶3时，避免正性光刻胶3渗漏到铜箔1的背面影响后续刻蚀效果的目的；

2）将光刻有电极图形的铜箔1浸泡在铜刻蚀液中；其中，铜箔1由热剥离胶带2覆盖的一侧不被铜刻蚀液刻蚀；铜箔1另一侧暴露在铜刻蚀液中的区域被刻蚀掉；完成刻蚀后，在铜箔1的表面形成与电极图形的形貌相同的贯穿孔4；在本步骤中，热剥离胶带2确保刻蚀液在刻蚀铜箔1时是单面刻蚀的；

3）将已刻蚀好但仍粘附有热剥离胶带2的铜箔1放在烘胶台上烘烤，热剥离胶带2受热后粘性下降，直至铜箔1自热剥离胶带2上释放下来；将释放下来的铜箔1去除正性光刻胶3即制备出蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版；

在本发明中，热剥离胶带2还起到保持铜箔1结构完整性的作用。

所述热剥离胶带2进行热剥离时的烘烤温度为90℃-150℃。

所述铜箔1的厚度为9μm-35μm。 

所述铜刻蚀液为过硫酸铵溶液、氯化铁溶液或硫酸铜盐酸的水溶液。

所述过硫酸铵溶液的浓度为0.05mol/L-1mol/L，所述氯化铁溶液的浓度为0.05mol/L-1.5mol/L，所述硫酸铜盐酸的水溶液的配比为硫酸铜:盐酸:去离子水=10g:50ml:50ml。

所述光刻图形为呈阵列排列的电极图形单元；所述电极图形单元由两个电极图形组成，相邻电极图形之间的分辨率不小于10μm，即两个相邻电极图形之间的最小距离值H不小于10μm。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明所涉及的铜箔掩模版为通过光刻工艺实现的铬掩模版的复制版，将其直接覆盖在目标基底上蒸镀金属，实现所需电极图形的制备，省去了涂胶、光刻、显影、去胶等一系列工艺过程，大大减少了工艺过程对材料以及器件性能的不利影响，对于无法通过光刻工艺实现器件制备的材料，提供了一个类光刻的解决途径；

2、该铜箔掩模版在精度上和铬掩模版的精度相当，远远高于传统的金属掩模版，综合了光刻所用铬掩模版和直接蒸镀电极的金属掩模版的优点。由于掩膜版是用于半导体微纳米尺度领域，普通的激光灼烧或机械切割的方法，所加工出来的掩膜版的图形边缘是粗糙的、呈锯齿状的，且图形边缘的附近区域由于激光灼烧或器械磨削的缘故变的崎岖不平或附着有不易清理的颗粒，导致采用上述方法制备的掩膜版在使用时，与需要蒸电极的器件表面无法紧密贴合，从而使得制备的电极存在虚影、重影、薄厚不一等问题。而本发明所制备出来的掩膜版边缘完整、清晰，通过本方法制备出的掩膜版制作出的电极边界清晰、电极所在区域沉积厚实、一致性良好；

3、本发明所涉及的铜箔掩模版可以看作是铬掩模版的复制版，其成本低廉、制备工艺简单、可以重复使用，通过一次铬掩模版的掩膜、曝光光刻，即可实现多次微纳器件电极的制备，因而减少了铬掩模版的使用次数，降低了清洁和保养的次数，减少了掩模版损耗的机会，这就相当于延长了铬掩模版的寿命，降低了成本；

4、本发明所制备的铜箔掩模版厚度薄、重量轻，一方面有效减少因掩膜版厚度而导致的电极精度的影响；另一方面本发明制备出的铜箔掩模版重量极轻，可用真空胶带直接固定在实验台上进行使用，有效避免增加额外的夹持设备，确保实验的精度；

5、与现有技术的掩膜版相比，本发明制备出的掩膜版的加工精度高，分辨率与采用复杂昂贵的铬掩模版相当，远超过采用普通机械或激光加工的掩膜版；制造费用与飞秒激光工艺相比极低，成本约为后者的1/10；制备耗时短，效率是现有惯用方法的3~10倍、且操作简单，适合实验室、企业等小批量的加工与测试使用。

附图说明

图1是本发明旋涂正性光刻胶3后的示意图。

图2是对图1中的正性光刻胶3进行紫外曝光后的示意图。

图3是对图2已紫外曝光的正性光刻胶3进行显影后的示意图。

图4是将经过光刻显影后且附有热剥离胶带2的铜箔1放入铜刻蚀液中刻蚀后的示意图。

图5是去掉热剥离胶带2后的示意图。

图6是去胶后的铜箔1掩膜版示意图。

图7是按实施例1的步骤制备的实物照片。

图8是采用图7所示铜箔掩模版制备的方块银电极的显微镜照片。

图9是按实施例2的步骤制备的实物照片。

图10是采用图9所示铜箔掩模版制备的方块银电极的显微镜照片。

图中序号为：铜箔1、热剥离胶带2、光刻胶3、贯穿孔4、硅片5、接触电极6。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明方法。

实施例1

参见图1，将洁净的25微米厚的铜箔1裁出3cm*4cm大小的面积，粘附在稍大面积的单面热剥离胶带2上，均匀旋涂正性光刻胶3;参见图2至图3，利用方块形铬掩模版进行紫外曝光并显影，光刻出方块电极图形，每对电极之间的距离为300μm。参见图4，将铜箔1浸泡在0.5mol/L的过硫酸铵溶液中，20分钟后取出；参见图5，然后将刻蚀好的粘附在热剥离胶带2的铜箔1放在加热的烘胶台上使铜箔1从热剥离胶带2上释放下来；参见图6和图7，去胶后即可得到可直接使用的铬掩模版图形的铜箔掩模版，如图7显微镜照片所示，本发明制备的掩膜版上的贯穿孔4整齐、均匀，贯穿孔4的轮廓光滑无锯齿、掩膜版的表面光滑无凸凹起伏。然后，将制备好的铜箔掩模版覆盖在预先清洗干净的带有氧化层的硅片5上，利用电子束蒸发技术蒸镀上50nm厚的金属Ag，作为接触电极6，完成后的显微镜照片如图8所示，从照片可见制备出的电极轮廓清晰、完整，厚度均一。另外，照片中十字图形为计数和对准用的；

其中，h是相邻两个接触电极6之间的最小分辨率；相邻两个接触电极6之间的最小分辨率h等于相邻两个电极图形之间的最小分辨率H。

实施例2

参见图1至图3，将裁出的4cm*4cm大小、20微米厚的铜箔1粘附在面积稍大的热剥离胶带2上，均匀旋涂正性光刻胶3后，利用长方形铬掩模版进行紫外曝光并显影，光刻出长方形电极图形，每对电极之间的距离为30μm。参见图4，利用1mol/L的氯化铁溶液将曝光部分的铜刻蚀掉，15分钟后，取出；参见图5至图6，将刻蚀好的粘附在热剥离胶带2的铜箔1放在加热的烘胶台上使铜箔1从热剥离胶带2上释放下来，去胶后即可得到图9所示的可直接使用的铬掩模版图形的铜箔掩模版，该掩膜板厚度薄、结构轻、掩膜板上的贯穿孔4外缘清晰、光滑、无颗粒或凸凹起伏。然后，将掩模版覆盖在预先清洗干净的带有氧化层的硅片5上，利用电子束蒸发技术蒸镀上50nm厚的金属Cu，作为接触电极6，完成后的显微镜照片如图10所示，用本方法掩膜版制备出的微纳米尺度的电极边缘轮廓光滑、完整、电极厚度均匀；h是相邻两个接触电极6之间的最小分辨率，h=H。

实施例3

参见图1至图3，将25微米厚的铜箔1裁出3cm*3cm大小的面积，粘附在稍大面积的单面热剥离胶带2上，均匀旋涂正性光刻胶3后，利用方块形铬掩模版进行紫外曝光并显影，光刻出方块电极图形，每对电极之间的距离为300μm。参见图4至图5，将铜箔1浸泡在硫酸铜盐酸的水溶液中，硫酸铜盐酸的水溶液的配比为硫酸铜:盐酸:去离子水=10g:50ml:50ml，10分钟后取出，然后将刻蚀好的粘附在热剥离胶带2的铜箔1放在加热的烘胶台上使铜箔1从热剥离胶带2上释放下来，去胶后即可得到如图6所示的可直接使用的铬掩模版图形的铜箔掩模版。

Claims (6)

1.一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于，按如下步骤进行：

1）将一片铜箔（1）的一侧面粘附在热剥离胶带（2）上，在所述铜箔（1）的另一侧面上旋涂一层正性光刻胶（3），并通过紫外曝光的工艺方法在正性光刻胶（3）上进行光刻形成所需的电极图形，将正性光刻胶（3）上的电极图形区域清洗掉，使得与电极图形区域相对应的铜箔（1）暴露出来；其中，所述热剥离胶带（2）确保在旋涂正性光刻胶（3）时，避免正性光刻胶（3）渗漏到铜箔（1）的背面影响后续刻蚀效果的目的；

2）将光刻有电极图形的铜箔（1）浸泡在铜刻蚀液中；其中，铜箔（1）由热剥离胶带（2）覆盖的一侧不被铜刻蚀液刻蚀；铜箔（1）的另一侧暴露在铜刻蚀液中的区域被刻蚀掉；完成刻蚀后，在铜箔（1）上形成与电极图形的形貌相同的贯穿孔（4）；在本步骤中，热剥离胶带（2）确保刻蚀液在刻蚀铜箔（1）时是单面刻蚀的；

3）将已刻蚀好但仍粘附有热剥离胶带（2）的铜箔（1）放在烘胶台上烘烤，热剥离胶带（2）受热后粘性下降，直至铜箔（1）自热剥离胶带（2）上释放下来；将释放下来的铜箔（1）去除正性光刻胶（3）即制备出蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版；

在本方法中，热剥离胶带（2）还起到保持铜箔（1）结构完整性的作用。

2.如权利要求1所述一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于：所述热剥离胶带（2）进行热剥离时的烘烤温度为90℃-150℃。

3.如权利要求1所述一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于：所述铜箔（1）的厚度为9μm-35μm。

4.如权利要求1所述一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于：所述铜刻蚀液为过硫酸铵溶液、氯化铁溶液或硫酸铜盐酸的水溶液。

5.如权利要求4所述一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于：所述过硫酸铵溶液的浓度为0.05mol/L-1mol/L，所述氯化铁溶液的浓度为0.05mol/L-1.5mol/L，所述硫酸铜盐酸的水溶液的配比为硫酸铜:盐酸:去离子水=10g:50ml:50ml。

6.如权利要求1所述一种制备蒸镀电极用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于：所述光刻图形为呈阵列排列的电极图形单元；所述电极图形单元由两个电极图形组成，相邻电极图形之间的分辨率不小于10μm，即两个相邻电极图形之间的最小距离值H不小于10μm。

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