CN105652590A - 压印模板的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压印模板的制作方法，其包括以下步骤：掩膜光刻步骤，在采用硅材料制作的母版上涂平一层光刻胶掩膜，并采用光刻工艺在光刻胶掩膜上形成所需的图形；图形修饰步骤，用于减小图形的顶宽；母版刻蚀步骤，将图形复制在母版上；模板制作步骤，利用具有图形的母版制作压印模板。本发明提供的压印模板的制作方法，其可以在母版上形成“上窄下宽”的光刻胶图形，从而利用该母版制作而成的压印模板可以采用纳米压印的方式在光刻胶掩膜上获得“上窄下宽”的光刻胶图形形貌。

Description

压印模板的制作方法

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种压印模板的制作方法。

背景技术

PSS(PatternedSappSubstrates，图形化蓝宝石衬底)技术是目前普遍采用的一种提高GaN(氮化镓)基LED器件的出光效率的方法。在进行PSS工艺的过程中，其通常在衬底上生长干法刻蚀用掩膜，并采用光刻工艺将掩膜刻出图形；然后采用ICP技术刻蚀衬底表面，以形成需要的图形，再去除掩膜，并采用外延工艺在刻蚀后的衬底表面上生长GaN薄膜。随着PSS技术的发展，对刻蚀后的图形尺寸要求日益严格，例如要求图形的刻蚀深度从最初的1.5um提升至1.8um，底宽从2.4um提升至2.8um，即，要求获得“高深度、大底宽、三角形”的图形形貌。这对于光刻后的刻蚀技术来说，能改进的空间非常有限，从而要求对光刻图形上予以改进。

为适应现有的“高深度、大底宽、三角形”的PSS图形，目前一般采用的方式是调整光刻参数，主要的调整方向如下：(1)在光刻胶相对于衬底的刻蚀选择比不变的情况下，通过增大光刻胶厚度而提高图形的刻蚀深度；(2)通过重新制作合适的掩膜版而增大光刻胶的底宽，从而可以增大图形的底宽；(3)通过减小光刻胶图形侧壁的倾斜角度和图形的顶宽而使刻蚀后的图形接近三角形，且侧壁无拐角。

上述三种调整方向均需要通过调整光刻工艺的步骤来实现，但是这种调整方式在实际应用中会出现以下问题：

针对调整方向(1)，由于光刻胶厚度越厚，曝光精度越差，因此片内片间均匀性也会越差。一般来说，PSS需要的光刻胶的最小厚度为2.5～3um，该厚度对于常规光刻是一个极限。

针对调整方向(2)，重新制作合适的掩膜版的成本较高；

针对调整方向(3)，由于光刻胶厚度偏厚，而曝光所用光源是由上而下垂直照射，这往往使得光刻出来的图形侧壁是垂直的，而通过调整光刻参数，来调整光刻胶的侧壁的倾斜角度和图形的顶宽的难度较大。

目前，还有一种纳米压印技术可以代替光刻工艺制作掩膜图形。如图1所示，该纳米压印的方式具体包括以下步骤：

光刻步骤，制作一层光刻胶掩膜样品，并对其进行光刻工艺，以将该样品刻出所需的图形，如图1中的A图所示。

电铸研磨步骤，采用电铸材料(一般为金属)对光刻胶掩膜样品进行电铸，如图1中的B图所示。

脱模成型步骤，去除压印模板内部的光刻胶，以形成压印模板，如图1中的C图所示。

压印步骤，采用该压印模板对涂布在衬底表面上的光刻胶进行压印，从而在光刻胶形成需要的图形，如图1中的D图和E图所示。

但是，由图A和图E可知，完成压印步骤获得的光刻胶的图形形貌与完成光刻步骤获得的光刻胶样品的图形形貌一致，而如前所述，光刻工艺得到的图形侧壁是垂直的，且很难对其侧壁的倾斜角度和图形顶宽进行调整，因此，采用上述纳米压印方式仅能够获得侧壁垂直的图形形貌，而无法获得“上窄下宽”的光刻胶图形形貌。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种压印模板的制作方法，其可以在母版上形成“上窄下宽”的光刻胶图形，从而利用该母版制作而成的压印模板可以采用纳米压印的方式在光刻胶掩膜上获得“上窄下宽”的光刻胶图形形貌。

为实现本发明的目的而提供一种压印模板的制作方法，包括以下步骤：

掩膜光刻步骤，在采用硅材料制作的母版上涂平一层光刻胶掩膜，并采用光刻工艺在所述光刻胶掩膜上形成所需的图形；

图形修饰步骤，用于减小所述图形的顶宽；

母版刻蚀步骤，将所述图形复制在所述母版上；

模板制作步骤，利用具有所述图形的母版制作压印模板。

优选的，在所述掩膜光刻步骤中，所述光刻胶掩膜的厚度为1～5μm。

优选的，在所述图形修饰步骤中，刻蚀气体包括氩气和氧气。

优选的，在所述图形修饰步骤中，所述氩气的流量为100～200sccm；所述氧气的流量为10～50sccm；腔室压力为10～50mT；上电极功率为800～2000W；下电极功率为20～100W。

优选的，根据所述刻蚀速率和要求的目标刻蚀深度，计算所述母版刻蚀步骤的刻蚀时间。

优选的，在所述母版刻蚀步骤中，刻蚀气体包括SF₆和O₂。

优选的，所述O₂的流量和腔室压强根据所述母版的图形的刻蚀角度而设定。

优选的，在所述母版刻蚀步骤中，所述SF₆的流量为50～100sccm；所述O₂的流量为35～60sccm；腔室压力为35～50mT；上电极功率为500～800W；下电极功率为60～100W。

优选的，所述模板制作步骤进一步包括以下步骤：

将聚二甲基硅氧烷涂布在已完成所述母版刻蚀步骤的所述母版表面上；

采用对所述聚二甲基硅氧烷进行固化聚合和脱离处理的方式制作所述压印模板。

优选的，所述模板制作步骤采用金属电铸的方式制作所述压印模板。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的压印模板的制作方法，其具有以下几点优势：

其一，由于硅材料具有良好的力学性质，其图形化制作相对于其他材料比较容易，因此，通过采用硅材料制作母版，可以更容易地在光刻胶掩膜上形成所需的图形。

其二，通过进行图形修饰步骤，可以实现对光刻胶掩膜的图形顶宽进行控制，从而可以获得“上窄下宽”的光刻胶图形。然后通过依次进行母版刻蚀步骤和模板制作步骤，可以将该“上窄下宽”的光刻胶图形复制在母版上，并利用具有该图形的母版制作压印模板。

其三，由于利用该母版制作而成的压印模板可以采用纳米压印的方式在光刻胶掩膜上获得“上窄下宽”的光刻胶图形形貌，从而可以代替光刻工艺对衬底上的掩膜制作“上窄下宽”的图形形貌，进而可以降低工艺成本。

其四，由于本发明提供的压印模板的制作方法可以实现对母版图形的顶宽、底宽和高度的控制，这使得只要通过调整该制作方法的工艺参数即可获得具有不同的图形的顶宽、底宽和高度的压印模板，从而可以对应地获得不同的衬底的光刻胶掩膜图形的顶宽、底宽和高度，进而可以实现对衬底的光刻胶掩膜的图形形貌进行控制，以使得后道的衬底刻蚀工艺能够获得具有理想的三角形形貌的衬底图形。

附图说明

图1为现有的纳米压印的过程图；

图2为本发明提供的压印模板的制作方法的流程框图；

图3为完成图形修饰步骤后获得的光刻胶图形形貌的示意图；

图4为模板制作步骤的过程图；以及

图5为分别采用不同尺寸的母版以相同的光刻胶作为掩膜刻蚀衬底获得的图形形貌的电镜扫描图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的压印模板的制作方法进行详细描述。

图2为本发明提供的压印模板的制作方法的流程框图。请参阅图2，本发明提供的压印模板的制作方法，其包括以下步骤：

掩膜光刻步骤，在采用硅材料制作的母版上涂平一层光刻胶掩膜，并采用光刻工艺在光刻胶掩膜上形成所需的图形；

图形修饰步骤，用于减小图形的顶宽；

母版刻蚀步骤，将图形复制在母版上；

模板制作步骤，利用具有图形的母版制作压印模板。

在掩膜光刻步骤中，由于硅材料具有良好的力学性质，其图形化制作相对于其他材料比较容易，因此，通过采用硅材料制作母版，可以更容易地在光刻胶掩膜上形成所需的图形。完成掩膜光刻步骤后，获得的光刻胶掩膜的图形可以采用进行PSS光刻获得的掩膜图形，即，该图形的侧壁是垂直的，在不调整曝光时间的情况下，剖面形状为矩形。

优选的，光刻胶掩膜的厚度为1～5μm，优选为1μm。由于光刻胶对硅的刻蚀选择比高达30:1，因此，厚度在上述范围内的光刻胶足以满足母版制作的需要，同时可以避免因光刻胶厚度过厚而在光刻过程产生的诸如曝光时间过长、曝光尺寸精度下降等问题。

在图形修饰步骤中，采用等离子体刻蚀方法在光刻胶掩膜上对光刻胶掩膜的图形宽度进行控制，从而可以决定母版的顶宽。在完成图形修饰步骤后，光刻胶掩膜的图形高度和宽度同步缩小，且剖面形状始终为矩形。

优选的，在图形修饰步骤中，刻蚀气体包括氩气和氧气。并且，该图形修饰步骤采用的工艺参数优选为：氩气的流量为100～200sccm，优选为100sccm；氧气的流量为10～50sccm，优选为10sccm；腔室压力为10～50mT，优选为20mT；上电极功率为800～2000W，优选为1000W；下电极功率为20～100W，优选为50W。图形修饰步骤通过在上述范围内设置工艺参数，获得的光刻胶掩膜图形宽度为1.8μm，高度会相应缩小，一般来说，高度减小和宽度减小比例为2:1。

在母版刻蚀步骤中，同样采用等离子体刻蚀方法将完成上述图形修饰步骤获得的光刻胶图形复制在母版上，从而在该母版上同样形成“上窄下宽”的图形形貌。优选的，母版图形的刻蚀深度可以通过控制刻蚀时间来调节。具体地，首先可以通过“试刻蚀”，即以与母版刻蚀步骤相同的条件进行一次实验，而获得该步骤的刻蚀速率；然后根据该刻蚀速率和要求的目标刻蚀深度，计算图形修饰步骤的刻蚀时间。通过采用“试刻蚀”的方法，可以避免因受到待刻蚀面积不同，造成速率不同的影响，而造成实际获得的刻蚀深度相对于目标刻蚀深度产生偏差，从而可以提高工艺的精确性。

优选的，在母版刻蚀步骤中，刻蚀气体包括SF₆和O₂。SF₆用于对硅材料进行刻蚀，其具有较高的刻蚀速率，但刻蚀形貌为各向同性。为此，通过加入O₂，可以对侧壁起到保护作用，从而使得刻蚀偏向各项异性。而且，由于母版图形的刻蚀角度(即，图形侧壁的倾斜角度)可以决定图形底宽，因而可以通过调节母版图形的刻蚀角度，来调节图形底宽。具体地，母版刻蚀步骤采用的O₂的流量和腔室压强的设定方式为：二者与母版的图形的刻蚀角度有对应关系，即，若同时提高O₂流量和腔室压强，则可以降低刻蚀角度，从而可以增加图形底宽；反之，若同时降低O₂流量和腔室压强，则可以增加刻蚀角度，从而可以减小图形底宽。SF₆的流量为50～100sccm；O₂的流量为35～60sccm；腔室压力为35～50mT；上电极功率为500～800W；下电极功率为60～100W。SF₆和O₂的流量、上电极功率和下电极功率通过在上述范围内取值，可以将对母版的刻蚀速率保持在1～2μm/min，同时更容易控制刻蚀进程和刻蚀角度。例如，若O₂流量为60sccm，腔室压强为60mT，则获得的图形的刻蚀角度为75°；又如，若O₂流量为30sccm，腔室压强为30mT，则获得的图形的刻蚀角度为90°。

优选的，在母版刻蚀步骤中，SF₆的流量为50sccm；O₂的流量为35sccm；腔室压力为35mT；上电极功率为500W；下电极功率为60W。

在模板制作步骤中，其可以采用两种方式制作压印模板。

在第一种方式中，进一步包括以下步骤：

将聚二甲基硅氧烷(PDMS，有机硅)涂布在已完成母版刻蚀步骤的母版表面上，如图4中的A图和B图。

采用对聚二甲基硅氧烷进行固化聚合和脱离处理的方式制作压印模板，如图4中的C图。

在第二种方式中，可以采用金属电铸的方式制作压印模板。其主要包括以下步骤：

电铸研磨步骤，采用电铸材料(一般为金属)对光刻胶掩膜样品进行电铸，如图1中的B图所示。

脱模成型步骤，去除压印模板内部的光刻胶，以形成压印模板，如图1中的C图所示。

在完成压印模板的制作之后，采用该压印模板对涂布在衬底表面上的光刻胶进行压印，从而在掩膜上获得“上窄下宽”的光刻胶图形形貌，该图形形貌与完成母版刻蚀步骤获得的母版图形一致，如图4中的D图和E图所示。

由于利用该母版制作而成的压印模板可以采用纳米压印的方式在光刻胶掩膜上获得“上窄下宽”的光刻胶图形形貌，从而可以代替光刻工艺对衬底上的掩膜制作“上窄下宽”的图形形貌，进而可以降低工艺成本。一般来说，一枚硅母版可制作10枚以上的PDMS压印模板，而一枚PDMS压印模板可以进行上千次压印，从而不仅大大地降低了工艺成本，而且还可以满足大批量生产的需求。

另外，由于本发明提供的压印模板的制作方法可以实现对母版图形的顶宽、底宽和高度的控制，这使得只要通过调整该制作方法的工艺参数即可获得具有不同的图形的顶宽、底宽和高度的压印模板，从而可以对应地获得不同的衬底的光刻胶掩膜图形的顶宽、底宽和高度，进而可以实现对衬底的光刻胶掩膜的图形形貌进行控制，以使得后道的衬底刻蚀工艺能够获得具有理想的三角形形貌的衬底图形。如图4所示，为分别采用不同尺寸的母版以相同的光刻胶作为掩膜刻蚀衬底获得的图形形貌的电镜扫描图。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压印模板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

掩膜光刻步骤，在采用硅材料制作的母版上涂平一层光刻胶掩膜，并采用光刻工艺在所述光刻胶掩膜上形成所需的图形；

图形修饰步骤，用于减小所述图形的顶宽；

母版刻蚀步骤，将所述图形复制在所述母版上；

模板制作步骤，利用具有所述图形的母版制作压印模板。

2.如权利要求1所述的压印模板的制作方法，其特征在于，在所述掩膜光刻步骤中，所述光刻胶掩膜的厚度为1～5μm。

3.如权利要求1所述的压印模板的制作方法，其特征在于，在所述图形修饰步骤中，刻蚀气体包括氩气和氧气。

4.如权利要求3所述的压印模板的制作方法，其特征在于，在所述图形修饰步骤中，所述氩气的流量为100～200sccm；所述氧气的流量为10～50sccm；腔室压力为10～50mT；上电极功率为800～2000W；下电极功率为20～100W。

5.如权利要求1所述的压印模板的制作方法，其特征在于，根据所述刻蚀速率和要求的目标刻蚀深度，计算所述母版刻蚀步骤的刻蚀时间。

6.如权利要求1所述的压印模板的制作方法，其特征在于，在所述母版刻蚀步骤中，刻蚀气体包括SF₆和O₂。

7.如权利要求6所述的压印模板的制作方法，其特征在于，所述O₂的流量和腔室压强根据所述母版的图形的刻蚀角度而设定。

8.如权利要求6所述的压印模板的制作方法，其特征在于，在所述母版刻蚀步骤中，所述SF₆的流量为50～100sccm；所述O₂的流量为35～60sccm；腔室压力为35～50mT；上电极功率为500～800W；下电极功率为60～100W。

9.如权利要求1所述的压印模板的制作方法，其特征在于，所述模板制作步骤进一步包括以下步骤：

将聚二甲基硅氧烷涂布在已完成所述母版刻蚀步骤的所述母版表面上；

采用对所述聚二甲基硅氧烷进行固化聚合和脱离处理的方式制作所述压印模板。

10.如权利要求1所述的压印模板的制作方法，其特征在于，所述模板制作步骤采用金属电铸的方式制作所述压印模板。