CN105304518B - 透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法。该检验方法包括如下步骤：提供两个透明介质基片，一个用作试验片，另一个用作工件；对试验片和工件的正面使用相同工艺沉积一定厚度的材料层，在工件的背面沉积一定厚度的材料层，并在工件的背面留有非沉积材料层区；在试验片上定义刻蚀图形并完成湿法刻蚀，形成刻蚀工艺条件，然后将在试验片上形成的刻蚀工艺条件微调处理后应用于工件正面的材料层湿法刻蚀，在工件上形成刻蚀图形，通过直观观察工件的非沉积材料层区及其对应的工件正面区域，判断工件上刻蚀图形的底部是否裸露出工件，由此得出工件正面的材料层湿法刻蚀的终点是否到位。本发明方法利于提高电路产品的良品率。
Description
技术领域
本发明属于微波毫米波集成电路制造技术领域，尤其涉及一种透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法。
背景技术
透明介质如蓝宝石、熔融石英等介质基片，在微波毫米波电路中广泛应用。湿法腐蚀是一种成本低、刻蚀速率快的薄膜图形化方法。薄膜电路一般采用多层结构，TaN-TiW-Au和TiW-Au结构非常常见，其中，TaN作为薄膜电阻层，TiW作为粘附层，Au作为导体层。含薄膜电阻的微带电路正面导体层结构为TaN-TiW-Au，反面可为TaN-TiW-Au结构或TiW-Au，不含薄膜电阻的微带电路正面导体层结构为TiW-Au，反面为TiW-Au结构。这类电路的制作过程通常为正反面依次沉积复合薄膜材料后，在保护反面膜层结构的前提下光刻刻蚀正面电路图形。针对含薄膜电阻的微带电路，从上到下薄膜结构分别为Au-TiW-TaN-介质-TaN-TiW-Au或Au-TiW-TaN-介质-TiW-Au；针对不含薄膜电阻的微带电路，从上到下薄膜结构分别为Au-TiW-介质-TiW-Au。由于TaN薄膜电阻的颜色为灰黑色，TiW薄膜的颜色为银灰色，两者颜色非常相近，由于有背面直接接触介质表面的TaN或TiW膜层的影响和介质的透明特性，使得上述三种情况无法直观判断透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程的终点。除此之外，即使薄膜材料的沉积工艺相同，片内、片间、批次间材料层的沉积厚度存在差异；刻蚀工艺本身也存在不一致的问题，如刻蚀图形的尺寸、形状、分布密度不尽相同；刻蚀溶液的时效性问题也是导致微带电路湿法刻蚀过程终点难以判断的问题之一。现有技术导致在湿法刻蚀过程中时常出现透明基片正表面的TaN或TiW膜层腐蚀不彻底或过腐蚀等现象发生而直接影响该类微带电路的良品率，更难以制备精细线宽/线间距的微带电路。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法，以提高电路产品的良品率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法，包括如下步骤：
s1提供第一基片和第二基片，第一基片和第二基片均为透明介质基片；其中，第一基片作为试验片，第二基片作为工件；
s2在第一基片的正面和第二基片的正面使用相同工艺沉积材料层，且第一基片正面和第二基片正面的材料层分别覆盖住该材料层对应基片的全部正侧表面；在第二基片的背面沉积材料层，且第二基片背面的材料层覆盖住第二基片的部分背侧表面，未被第二基片背面的材料层覆盖的第二基片背侧表面下方留有非沉积材料层区；
s3在第一基片正面的材料层上定义第一刻蚀图形并完成湿法刻蚀，形成刻蚀工艺条件；
s4在第二基片正面的材料层上定义第二刻蚀图形，将步骤s3形成的刻蚀工艺条件进行微调处理后应用于第二基片正面的材料层湿法刻蚀，在第二基片上形成第二刻蚀图形；
s5观察第二基片的非沉积材料层区及其对应的第二基片正面区域，判断第二刻蚀图形的底部是否裸露出第二基片，由此得出第二基片正面的材料层湿法刻蚀的终点是否到位。
优选地，第一基片和第二基片的材质相同；第一基片和第二基片均为双面抛光，且抛光度相同。
优选地，第一基片正面和第二基片正面的材料层为TaN-TiW-Au薄膜或TiW-Au薄膜；第二基片背面的材料层为TaN-TiW-Au薄膜或TiW-Au薄膜。
本发明具有如下优点：
本发明方法提供了两个透明介质基片，其中一个用作试验片，另一个用作工件；对试验片和工件的正面使用相同工艺沉积一定厚度的材料层，在工件的背面沉积一定厚度的材料层，并在工件的背面留有非沉积材料层区；在试验片上定义刻蚀图形并完成湿法刻蚀，形成刻蚀工艺条件，然后将在试验片上形成的刻蚀工艺条件微调处理后应用于工件正面的材料层湿法刻蚀，在工件上形成刻蚀图形，通过直观观察工件的非沉积材料层区及其对应的工件正面区域，判断工件上的刻蚀图形的底部是否裸露出工件，由此得出工件正面的材料层湿法刻蚀的终点是否到位。本发明方法利用在试验片上形成的刻蚀工艺条件，对工件上各种尺寸、形状、密集度的刻蚀图形进行了工艺窗口检验，并利用介质的透明特性，通过直观检验结果的分析优化了刻蚀工艺条件，提高了电路产品的良品率。
附图说明
图1为本发明实施例1中透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法的流程图；
图2a为本发明实施例2中第一基片的结构示意图；
图2b为本发明实施例2中第二基片的结构示意图；
图2c为本发明实施例2中第一基片沉积材料层后的示意图；
图2d为本发明实施例2中第二基片沉积材料层后的示意图；
图2e为本发明实施例2中在第一基片正面材料层后形成第一刻蚀图形的示意图；
图2f为本发明实施例2中在第二基片正面材料层后形成第二刻蚀图形的示意图；
图2g为本发明实施例2中判断第二基片正面材料层的湿法刻蚀终点是否到位的示意图；
图3a为本发明实施例3中第一基片的结构示意图；
图3b为本发明实施例3中第二基片的结构示意图；
图3c为本发明实施例3中第一基片沉积材料层后的示意图；
图3d为本发明实施例3中第二基片沉积材料层后的示意图；
图3e为本发明实施例3中在第一基片正面材料层后形成第一刻蚀图形的示意图；
图3f为本发明实施例3中在第二基片正面材料层后形成第二刻蚀图形的示意图；
图3g为本发明实施例3中判断第二基片正面材料层的湿法刻蚀终点是否到位的示意图；
其中，101-第一基片，102-第二基片，103-第一基片正面的材料层，104-第二基片正面的材料层，105-第二基片背面的材料层，106-非沉积材料层区，107-TaN薄膜，108-TiW薄膜，109-Au薄膜，110-TaN薄膜，111-TiW薄膜，112-Au薄膜，113-第一刻蚀图形，114-第二刻蚀图形，115-非沉积材料层区对应的第二基片正面区域；201-第一基片，202-第二基片，203-第一基片正面的材料层，204-第二基片正面的材料层，205-第二基片背面的材料层，206-非沉积材料层区，207-TiW薄膜，208-Au薄膜，209-TiW薄膜，210-Au薄膜，211-第一刻蚀图形，212-第二刻蚀图形，213-非沉积材料层区对应的第二基片正面区域。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
结合图1所示，透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法，包括如下步骤：
s1提供第一基片和第二基片，第一基片和第二基片均为透明介质基片；其中，第一基片作为试验片，第二基片作为工件；
s2在第一基片的正面和第二基片的正面使用相同工艺沉积材料层，第一基片正面的材料层覆盖住第一基片的全部正侧表面；第二基片正面的材料层覆盖住第二基片的全部正侧表面；
在第二基片的背面沉积材料层，且第二基片背面的材料层覆盖住第二基片的部分背侧表面，未被第二基片背面的材料层覆盖的第二基片背侧表面下方留有非沉积材料层区；
设置该非沉积材料层区的目的在于便于对第二基片湿法刻蚀图形的结果进行检验；
s3在第一基片正面的材料层上定义第一刻蚀图形并完成湿法刻蚀，形成刻蚀工艺条件；
s4在第二基片正面的材料层上定义第二刻蚀图形，将步骤s3形成的刻蚀工艺条件进行微调处理后应用于第二基片正面的材料层湿法刻蚀，在第二基片上形成第二刻蚀图形；
s5观察第二基片的非沉积材料层区及其对应的第二基片正面区域，判断第二刻蚀图形的底部是否裸露出第二基片，由此得出第二基片正面的材料层湿法刻蚀的终点是否到位。
其中，第一基片和第二基片的材质相同，可为熔融石英或蓝宝石。第一基片和第二基片均为双面抛光，且抛光度相同。第一基片和第二基片的形状、平面尺寸和厚度可相同或不同。
其中，第一基片正面沉积的材料层厚度与第二基片正面沉积的材料层厚度相同，第二基片正面沉积的材料层厚度可以与第二基片反面沉积的材料层厚度相同，也可以不同。
其中，上述沉积的材料层可以为TaN-TiW-Au薄膜，也可以为TiW-Au薄膜。
其中，第一刻蚀图形与第二刻蚀图形的尺寸、形状、密集度可相同或不同。
其中，将第一基片形成的刻蚀工艺条件微调处理的依据是：观察第二基片上形成的第二刻蚀图形的底部是否裸露出第二基片，由此判断第二基片材料层的湿法刻蚀终点是否到位。
实施例2
将上述实施例1中的检验方法用于对含薄膜电阻的透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验，以从上到下薄膜结构为Au-TiW-TaN-介质-TaN-TiW-Au为例：
该方法包括以下步骤：
步骤1首先提供透明的第一基片101和第二基片102，分别如图2a和图2b所示。
第一基片101为蓝宝石，厚度为0.254mm，平面尺寸为50.8mm×50.8mm；第二基片102为蓝宝石，厚度为0.127mm，平面尺寸为25.4mm×25.4mm。
第一基片101和第二基片102特征为双面抛光，表面粗糙度均小于25.4nm。
步骤2在第一基片101和第二基片102的正面使用相同工艺沉积一定厚度的材料层，第一基片正面的材料层103覆盖住第一基片101的全部正侧表面；第二基片正面的材料层104覆盖住第二基片102的全部正侧表面；在第二基片102的背面沉积一定厚度的材料层，且第二基片背面的材料层105覆盖住第二基片102的部分背侧表面，未被第二基片背面的材料层105覆盖的第二基片102背侧表面下方留有非沉积材料层区106，如图2c和图2d所示。
通过图2d可以看出，非沉积材料层区106位于第二基片102边缘位置下方。
第一基片正面的材料层103、第二基片正面的材料层104均包括TaN薄膜107、TiW薄膜108和Au薄膜109，TaN薄膜107、TiW薄膜108和Au薄膜109厚度分别为50nm、50nm和200nm，材料层103、104通过磁控溅射方法制备。
第二基片背面的材料层105的薄膜材料由TaN薄膜110、TiW薄膜111和Au薄膜112组成，也通过磁控溅射方法制备，TaN、TiW、Au薄膜厚度分别为50nm、30nm和200nm。
步骤3在第一基片正面的材料层103上定义第一刻蚀图形并完成湿法刻蚀，形成刻蚀工艺条件。如图2e所示，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘和湿法刻蚀一系列步骤，在第一基片101上形成第一刻蚀图形113。
形成刻蚀工艺条件：BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光量60-90mJ/cm2，曝光完后室温下显影30s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。湿法刻蚀时先用碘-碘化钾溶液在室温下腐蚀Au薄膜20s，腐蚀干净后，再使用双氧水在室温下腐蚀TiW薄膜200s，氢氟酸缓冲溶液腐蚀TaN薄膜10s，用去离子水清洗干净后，丙酮去胶，最后去离子水清洗干燥。
步骤4在第二基片正面的材料层104定义第二刻蚀图形，将步骤3形成的刻蚀工艺条件微调处理后，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘和湿法刻蚀一系列步骤，在第二基片102上形成第二刻蚀图形114，如图2f所示。
以步骤3所得的刻蚀工艺条件为基础微调处理得到的工艺条件如下：BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光量60-90mJ/cm2，曝光完后室温下显影30s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20±2分钟。湿法刻蚀时先用碘-碘化钾溶液在室温下腐蚀Au薄膜20s±2s，腐蚀干净后，再使用双氧水在室温下腐蚀TiW薄膜200±10s，氢氟酸缓冲溶液腐蚀TaN薄膜10s±2s，用去离子水清洗干净后，丙酮去胶，最后去离子水清洗干燥。
步骤5检验第二基片102湿法刻蚀图形的结果：观察第二基片的非沉积材料层区106及非沉积材料层区对应的第二基片正面区域115第二刻蚀图形的底部是否裸露出第二基片102，由此判断第二基片正面的材料层104的湿法刻蚀终点是否到位，如图2g所示。
实施例3
将上述实施例1中的检验方法用于对不含薄膜电阻的透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验，以从上到下薄膜结构为Au-TiW-介质-TiW-Au为例：
该方法包括以下步骤：
步骤1首先提供透明的第一基片201和第二基片202，分别如图3a和图3b所示。
第一基片201为熔融石英，厚度为0.254mm，平面尺寸为2in×2in。第二基片201为熔融石英，厚度为0.254mm，平面尺寸为30mm×30mm。
第一基片201和第二基片202特征为双面抛光，表面粗糙度均小于25.4nm。
步骤2在第一基片201和第二基片202的正面使用相同工艺沉积一定厚度的材料层，第一基片正面的材料层203覆盖住第一基片201的全部正侧表面；第二基片正面的材料层204覆盖住第二基片202的全部正侧表面；在第二基片202的背面沉积一定厚度的材料层，且第二基片背面的材料层205覆盖住第二基片202的部分背侧表面，未被第二基片背面的材料层205覆盖的第二基片202背侧表面下方留有非沉积材料层区206，如图3c和图3d所示。
通过图3d可以看出，非沉积材料层区206位于第二基片202边缘位置的下方。
第一基片正面的材料层203、第二基片正面的材料层204均包括TiW薄膜207和Au薄膜208，TiW薄膜207和Au薄膜208厚度分别为50nm和200nm，材料层203、204通过磁控溅射方法制备。第二基片背面的材料层205由TiW薄膜209和Au薄膜210组成，也通过磁控溅射方法制备，TiW、Au薄膜厚度分别为50nm和200nm。
步骤3在第一基片正面的材料层203上定义第一刻蚀图形并完成湿法刻蚀，形成刻蚀工艺条件。如图3e所示，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘和湿法刻蚀一系列步骤，在第一基片201上形成第一刻蚀图形211。
形成刻蚀工艺条件：BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光量60-90mJ/cm2，曝光完后室温下显影30s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20分钟。湿法刻蚀时先用碘-碘化钾溶液在室温下腐蚀Au薄膜20s，腐蚀干净后，再使用双氧水在室温下腐蚀TiW薄膜200s，丙酮去胶，最后去离子水清洗干燥。
步骤4在第二基片正面的材料层204定义第二刻蚀图形，将步骤3所得的刻蚀工艺条件微调处理后，经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影、后烘和湿法刻蚀一系列步骤，在第二基片202上形成第二刻蚀图形212，如图3f所示。
以步骤3所得的刻蚀工艺条件为基础微调处理得到的工艺条件如下：BP-218型正性光刻胶，匀胶转速3000rpm，匀胶时间为30s，然后在90℃恒温干燥箱中前烘10min，采用紫外线接触式曝光，曝光量60-90mJ/cm2，曝光完后室温下显影30s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120℃恒温干燥箱中后烘20±2分钟。湿法刻蚀时先用碘-碘化钾溶液在室温下腐蚀Au薄膜20s±2s，腐蚀干净后，再使用双氧水在室温下腐蚀TiW薄膜200±10s，丙酮去胶，最后去离子水清洗干燥。
步骤5检验第二基片202湿法刻蚀图形的结果：观察第二基片的非沉积材料层区206及非沉积材料层区对应的第二基片正面区域213第二刻蚀图形的底部是否裸露出第二基片202，由此判断第二基片正面的材料层204的湿法刻蚀终点是否到位，如图3g所示。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (3)
1.透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1提供第一基片和第二基片，第一基片和第二基片均为透明介质基片；其中，第一基片作为试验片，第二基片作为工件；
s2在第一基片的正面和第二基片的正面使用相同工艺沉积材料层，且第一基片正面和第二基片正面的材料层分别覆盖住该材料层对应基片的全部正侧表面；在第二基片的背面沉积材料层，且第二基片背面的材料层覆盖住第二基片的部分背侧表面，未被第二基片背面的材料层覆盖的第二基片背侧表面下方留有非沉积材料层区；
s3在第一基片正面的材料层上定义第一刻蚀图形并完成湿法刻蚀，形成刻蚀工艺条件；
s4在第二基片正面的材料层上定义第二刻蚀图形，将步骤s3形成的刻蚀工艺条件进行微调处理后应用于第二基片正面的材料层湿法刻蚀，在第二基片上形成第二刻蚀图形；
s5观察第二基片的非沉积材料层区及其对应的第二基片正面区域，判断第二刻蚀图形的底部是否裸露出第二基片，由此得出第二基片正面的材料层湿法刻蚀的终点是否到位。
2.根据权利要求1所述的透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法，其特征在于，第一基片和第二基片的材质相同；第一基片和第二基片均为双面抛光，且抛光度相同。
3.根据权利要求1所述的透明介质基片微带电路湿法刻蚀过程终点的检验方法，其特征在于，第一基片正面和第二基片正面的材料层为TaN-TiW-Au薄膜或TiW-Au薄膜；第二基片背面的材料层为TaN-TiW-Au薄膜或TiW-Au薄膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171215 Termination date: 20201029 |