CN103698973A - 柔性光刻掩模板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性光刻掩模板的制备方法，它在传统光刻技术的基础上，结合了离子束沉积和聚合物薄膜制备等技术。该法所得柔性透明的聚二甲基硅烷光刻模板的厚度，可根据实际需要表面的弯曲程度通过控制聚二甲基硅烷单体旋涂速度来控制，厚度在0.2mm-1cm或者更厚。本发明的柔性光刻掩模板可用于包括半导体材料表面（硅片、砷化镓）以及金属表面（不锈钢、铝、青铜等）为基底的弯曲表面微图案化技术，使光刻技术的应用从平面拓展到复杂弯曲表面中。
Description
技术领域
本发明属于光刻掩模技术领域，尤其涉及一种柔性光刻掩模板的制备方法。
背景技术
光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体管和电路的基础，包含有如下步骤与流程：首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板照射在硅片上，被照射到的部分，如源区和漏区，光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶仍旧粘连在上面；接着用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不受影响；随后是粒子沉积、掩膜、刻线等操作，直到最后形成成品晶片。常规光刻技术是采用波长为200～450nm的紫外光作为图像信息载体，以光致、抗光刻技术蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺。广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面：（1）光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模板上的器件或电路图形按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上；（2）刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。
半导体集成电路制作过程通常需要经过多次光刻工艺，在半导体晶体表面的介质层上开凿各种掺杂窗口、电极接触孔或在导电层上刻蚀金属互连图形。光刻工艺需要一整套相互间能精确套准的、具有特定几何图形的光掩模板。光掩模板是光刻工艺中复印光致抗蚀掩蔽层的“印相底片”。随着大规模集成电路工艺技术的迅速发展，对光掩模板的质量包括掩模精度、缺陷密度和掩模板的耐用性能等都提出了极高的要求。
目前，由于光刻工艺主要应用于以硅晶片为主的平板电子技术，因此，光刻掩模板以玻璃和石英等刚性透光材料为主。这一工作特点限制了光刻技术在非平面及复杂表面的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种柔性光刻掩模板的制备方法，以便于将光刻技术的应用从平面拓展到复杂弯曲表面中。
为解决上述技术问题本发明采用如下技术方案：柔性光刻掩模板的制备方法，包括以下步骤：
<1>先将单晶硅片的单晶硅表面浸泡在质量浓度20%的氢氧化铵的去离子水溶液中清洗10分钟，取出后用去离子水超声清洗5分钟，然后将单晶硅片迅速置入质量浓度20%的盐酸的去离子水溶液中清洗十分钟，然后用去离子水冲洗；经过酸碱溶液轮流清洗后，将单晶硅片迅速浸泡于质量浓度为2%的氢氟酸水溶液中10秒钟，然后用大量去离子水清洗并氮气吹干；
<2>经步骤<1>处理的单晶硅片浸泡于摩尔浓度为1mM的烷基氯硅烷的丙酮溶液中12小时，取出后，将表面改性后的单晶硅片在丙酮和去离子水中轮流超声波清洗5分钟；然后用离子束沉积方法在基底表面沉积厚度约100nm的金属薄膜作为遮光层；
<3>通过旋涂法将S1818光刻胶均匀旋涂在经步骤<2>处理的单晶硅片的遮光层表面，使用波长为365nm的紫外光在光刻胶表面形成各种预设计的图案，再将光刻胶在90摄氏度的烘箱里加热30分钟，待完全冷却后，将整块单晶硅片样品置入质量浓度为50%的硝酸水溶液中约15秒，取出后用大量去离子水冲洗并氮气干燥；
<4>将步骤<3>获得的图案化的有光刻胶的单晶硅片样品置于0.5mM的巯基烷基酸溶液中1小时，取出后用大量去离子水清洗并氮气干燥；然后利用旋涂技术将二甲基硅烷单体旋涂在样品表面，并置于70摄氏度烘箱中加热3小时；取出后在干燥皿中冷却至室温；将聚二甲基硅烷从单晶硅基底小心剥离即得柔性透明有着各种图案的光刻模板。
烷基氯硅烷为辛烷基三氯硅烷、丙烷基三氯硅烷、丁烷基三氯硅烷、戊烷基三氯硅烷、己烷基三氯硅烷、庚烷基三氯硅烷。
金属为银、铜、铬、金、铝、钛。
巯基烷基酸为1-巯基-辛烷基酸、1-巯基-丙烷基酸、1-巯基-丁烷基酸、1-巯基-戊烷基酸、1-巯基-己烷基酸、1-巯基-庚烷基酸、1-巯基-壬烷基酸、1-巯基-癸烷基酸、1-巯基-十二烷基酸、1-巯基-十六烷基酸。
步骤<4>中的旋涂转速为500-6000转/分钟。
发明人在传统光刻技术的基础上，结合离子束沉积和聚合物薄膜制备等技术，建立了本发明的柔性光刻掩模板的制备方法。该法所得柔性透明的聚二甲基硅烷光刻模板的厚度，可根据实际需要表面的弯曲程度通过控制聚二甲基硅烷单体旋涂速度来控制，厚度在0.2mm-1cm或者更厚。0.2mm厚度的光刻模板可用于曲率半径约2cm以上的弯曲表面，1cm厚度的光刻模板由于具有较好的图案保持性可用于曲率10cm以上的弯曲表面。本发明的柔性透明聚合物光刻模板克服了传统玻璃刚性模板只能用于平滑表面的缺点，所得柔性模板完全可以应用于各种复杂形状表面。因此，柔性透明的聚二甲基硅烷光刻模板在保持原有图形分辨率的基础上，既可应用于平滑表面也可应用于弯曲复杂表面。本发明的柔性光刻掩模板可用于包括半导体材料表面（硅片、砷化镓）以及金属表面（不锈钢、铝、青铜等）为基底的弯曲表面微图案化技术，使光刻技术的应用从平面拓展到复杂弯曲表面中。
具体实施方式
实施例1
<1>先将单晶硅片的单晶硅表面浸泡在质量浓度20%的氢氧化铵的去离子水溶液中清洗10分钟，取出后用去离子水超声清洗5分钟，然后将单晶硅片迅速置入质量浓度20%的盐酸的去离子水溶液中清洗十分钟，然后用去离子水冲洗；经过酸碱溶液轮流清洗后，将单晶硅片迅速浸泡于质量浓度为2%的氢氟酸水溶液中10秒钟，然后用大量去离子水清洗并氮气吹干；
<2>经步骤<1>处理的单晶硅片浸泡于摩尔浓度为1mM的辛烷基三氯硅烷的丙酮溶液中12小时，取出后，将表面改性后的单晶硅片在丙酮和去离子水中轮流超声波清洗5分钟；然后用离子束沉积方法（Denton Infinity22离子束沉积系统）在基底表面沉积厚度约100nm的银薄膜作为遮光层；
<3>通过旋涂法将S1818光刻胶均匀旋涂在经步骤<2>处理的单晶硅片的银表面，使用波长为365nm的紫外光在光刻胶表面形成各种预设计的图案，再将光刻胶在90摄氏度的烘箱里加热30分钟，待完全冷却后，将整块单晶硅片样品置入质量浓度为50%的硝酸水溶液中约15秒，取出后用大量去离子水冲洗并氮气干燥；
<4>将步骤<3>获得的图案化的有光刻胶的单晶硅片样品置于0.5mM的1-巯基-辛烷基酸溶液中1小时，取出后用大量去离子水清洗并氮气干燥；然后利用旋涂技术将二甲基硅烷单体旋涂（转速6000转/分钟）在样品表面，并置于70摄氏度烘箱中加热3小时；取出后在干燥皿中冷却至室温；将聚二甲基硅烷从单晶硅基底小心剥离即得柔性透明有着各种图案的光刻模板。
通过轮廓仪测得厚度约为0.2mm，并能很好地覆盖曲率半径约2cm铜圆柱试件的弯曲表面。
实施例2
制法基本同实施例1，仅步骤<3>中铬薄膜作为遮光层，步骤<4>中转速3000转/分钟。
通过轮廓仪测得厚度约为1cm，并能很好地覆盖曲率半径约5cm钢管试件的弯曲表面。
实施例3
制法基本同实施例1，仅步骤<3>中铝薄膜作为遮光层，步骤<4>中转速2000转/分钟。
通过轮廓仪测得厚度约为1.5cm，并能很好地覆盖曲率半径约10cm的不锈钢管弯曲表面。
实施例4
制法基本同实施例1，仅步骤<3>中钛薄膜作为遮光层，步骤<4>中转速100转/分钟。
通过轮廓仪测得厚度约为2cm，并能很好地覆盖曲率半径接近无穷大的石英玻璃平面。
实施例5
制法基本同实施例1，仅步骤<3>中金薄膜作为遮光层，步骤<4>中浸泡于1-巯基-十六烷基酸、转速500转/分钟。
通过轮廓仪测得厚度约为2.5cm，并能很好地覆盖曲率半径50cm的青铜圆柱平面。
Claims (5)
1.一种柔性光刻掩模板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
<1>先将单晶硅片的单晶硅表面浸泡在质量浓度20%的氢氧化铵的去离子水溶液中清洗10分钟，取出后用去离子水超声清洗5分钟，然后将单晶硅片迅速置入质量浓度20%的盐酸的去离子水溶液中清洗十分钟，然后用去离子水冲洗；经过酸碱溶液轮流清洗后，将单晶硅片迅速浸泡于质量浓度为2%的氢氟酸水溶液中10秒钟，然后用大量去离子水清洗并氮气吹干；
<2>经步骤<1>处理的单晶硅片浸泡于摩尔浓度为1mM的烷基氯硅烷的丙酮溶液中12小时，取出后，将表面改性后的单晶硅片在丙酮和去离子水中轮流超声波清洗5分钟；然后用离子束沉积方法在基底表面沉积厚度约100nm的金属薄膜作为遮光层；
<3>通过旋涂法将S1818光刻胶均匀旋涂在经步骤<2>处理的单晶硅片的遮光层表面，使用波长为365nm的紫外光在光刻胶表面形成各种预设计的图案，再将光刻胶在90摄氏度的烘箱里加热30分钟，待完全冷却后，将整块单晶硅片样品置入质量浓度为50%的硝酸水溶液中约15秒，取出后用大量去离子水冲洗并氮气干燥；
<4>将步骤<3>获得的图案化的有光刻胶的单晶硅片样品置于0.5mM的巯基烷基酸溶液中1小时，取出后用大量去离子水清洗并氮气干燥；然后利用旋涂技术将二甲基硅烷单体旋涂在样品表面，并置于70摄氏度烘箱中加热3小时；取出后在干燥皿中冷却至室温；将聚二甲基硅烷从单晶硅基底小心剥离即得柔性透明有着各种图案的光刻模板。
2.根据权利要求1所述的柔性光刻掩模板的制备方法，其特征在于：所述烷基氯硅烷为辛烷基三氯硅烷、丙烷基三氯硅烷、丁烷基三氯硅烷、戊烷基三氯硅烷、己烷基三氯硅烷、庚烷基三氯硅烷。
3.根据权利要求2所述的柔性光刻掩模板的制备方法，其特征在于：所述金属为银、铜、铬、金、铝、钛。
4.根据权利要求3所述的柔性光刻掩模板的制备方法，其特征在于：所述巯基烷基酸为1-巯基-辛烷基酸、1-巯基-丙烷基酸、1-巯基-丁烷基酸、1-巯基-戊烷基酸、1-巯基-己烷基酸、1-巯基-庚烷基酸、1-巯基-壬烷基酸、1-巯基-癸烷基酸、1-巯基-十二烷基酸、1-巯基-十六烷基酸。
5.根据权利要求4所述的柔性光刻掩模板的制备方法，其特征在于步骤<4>中的旋涂转速为500-6000转/分钟。
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- 2013-12-17 CN CN201310698047.5A patent/CN103698973A/zh active Pending
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