CN106773537A - 一种基片的表面光刻和湿法刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基片的表面光刻和湿法刻蚀方法。该方法包括以下步骤：在设有多个粘片槽的基板上涂第一光刻胶，将多个基片逐片放置在涂有第一光刻胶的各粘片槽内，将压板覆盖在所述基板上，并进行第一次固化处理，在经过第一次固化处理后的基板表面涂第二光刻胶，并进行第二次固化处理；利用光刻板对经过第二次固化处理后的基片进行逐片曝光，直到所述基板上的基片全部曝光完毕；将曝光后的基板进行显影和湿法刻蚀。借助于本发明的技术方案，可以大幅提高小尺寸基片光刻工艺的效率，同时也能够保证光刻图形的完整性和湿法刻蚀工艺的均匀性，有效的提高了小尺寸基片图形加工的效率和产品质量。

Description

一种基片的表面光刻和湿法刻蚀方法

技术领域

本发明涉及电子器件领域，特别涉及一种基片的表面光刻和湿法刻蚀方法。

背景技术

目前，在电子器件，尤其是光学和光电器件的结构中大量使用各种材料的小尺寸基片作为器件的功能结构组件，例如使用锗片作为红外滤光片；使用在二氧化硅上制备图形作为光学系统的微型光阑、光栅；在蓝宝石片上加工图形作为光学调制机构；在蓝宝石或陶瓷上加工图形作为焊接或粘接基片并作为引线接线座等。这些组件根据器件结构需要，往往会被设计成圆形或边缘不规则的特殊形状，同时随着器件工艺发展，对结构组件的加工精度也大幅提高，例如在红外探测器中的光信号调制盘加工精度需要达到1μm，光学镀膜厚度一般小于1μm。

小尺寸基片的表面加工主要是对材料本身或者材料表面薄膜材料进行的图形光刻和刻蚀等，针对不同的情况通常有大尺寸材料上加工后划片，以及先进行基材成型再进行小片加工两种工艺方法。第一种方法主要适用于外形规则的、简单的且易划片的材料或基材，如方形的硅材料或陶瓷材料等，这种方法效率高，可靠性高，且使用常规的加工工艺时具有较好的图形均匀性，但对产品外形有一定要求，工艺局限性大，同时随着小尺寸基片加工精度要求的提高，使得先加工图形再划片成形的工艺方法难以满足要求；第二种方法主要用于形状不规则的基片，表面加工后无法进行切割的产品，以及非完全平面图形加工的产品，这种方法可以适用于非直边的产品加工，如圆形，同时可以在基片边缘的斜边上实现加工，具有较广泛的工艺适用性，但由于需要对小尺寸的材料进行单片工艺，存在效率较低，片间均匀性差等问题。

发明内容

为了解决小尺寸基片光刻、刻蚀时工艺效率和成品率之间的矛盾，使小尺寸基片在光刻曝光、显影时提高工艺效率，同时保证良好的光刻效果和湿法刻蚀的图形均匀性，本发明提供了一种基片的表面光刻和湿法刻蚀方法。

本发明提供的基片的表面光刻和湿法刻蚀方法，包括以下步骤：

在设有多个粘片槽的基板上涂第一光刻胶，将多个基片逐片放置在涂有第一光刻胶的各粘片槽内，将压板覆盖在所述基板上，并进行第一次固化处理，在经过第一次固化处理后的基板表面涂第二光刻胶，并进行第二次固化处理；

利用光刻板对经过第二次固化处理后的基片进行逐片曝光，直到所述基板上的基片全部曝光完毕；

将曝光后的基板进行显影和湿法刻蚀。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例将多个小尺寸基片整合在一个基板上，基板在整个工艺中起到固定基片、稳定工艺的作用；利用光刻板进行曝光，再将基板上粘接的基片进行批次性的显影和湿法刻蚀，可以大幅提高小尺寸基片光刻工艺的效率，同时也能够保证光刻图形的完整性和湿法刻蚀工艺的均匀性，有效的提高了小尺寸基片图形加工的效率和产品质量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明实施例的基片的表面光刻和湿法刻蚀方法的流程图；

图2是本发明实施例中一种基片的形状示意图；

图3是本发明实施例中基片放置在粘片槽的位置示意图；

图4是本发明实施例实例1中基板和粘片槽的结构示意图；

图5是本发明实施例实例1中步骤101的工艺示意图；

图6是本发明实施例实例1中光刻板的结构示意图；

图7是本发明实施例实例1中光刻曝光工艺示意图；

图8是本发明实施例一种不规则的基片的形状示意图。

图中，1、基板；2、粘片槽；3、光刻板；4、光刻板图形区。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决小尺寸基片光刻、刻蚀时工艺效率和成品率之间的矛盾，使小尺寸基片在光刻曝光、显影时提高工艺效率，同时保证良好的光刻效果和湿法刻蚀的图形均匀性，本发明提供了一种基片的表面光刻和湿法刻蚀方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

根据本发明的实施例，提供了一种基片的表面光刻和湿法刻蚀方法，图1是本发明实施例的基片的表面光刻和湿法刻蚀方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的基片的表面光刻和湿法刻蚀方法包括如下处理：

步骤101，在设有多个粘片槽的基板上涂第一光刻胶，将多个基片逐片放置在涂有第一光刻胶的各粘片槽内，将压板覆盖在所述基板上，并进行第一次固化处理，在经过第一次固化处理后的基板表面涂第二光刻胶，并进行第二次固化处理。

基板的设计。根据基片后续的显影、刻蚀工艺使用的显影液、刻蚀液性质，基板的材料可以使用硅、碳化硅、二氧化硅、不锈钢或铝等刚性易加工材料；基板的厚度应该小于1mm，表面平整度(TTV)应该在4英寸基板上小于8μm，其他尺寸同比例变化。

多个所述粘片槽在所述基板上呈圆周分布。根据小尺寸基片的具体尺寸选取基板的外观尺寸，通常情况下，基板外观为圆形具体的，当所述基板为圆形时，所述基板的直径为基片上最长距离的10～15倍，多个粘片槽以所述基板的圆心为圆心呈圆周分布。

当所述粘片槽为圆形时，所述粘片槽的直径比基片上最大外接圆的直径大0.5～0.8mm，所述粘片槽深度为基片厚度的2/5～3/5(优选为1/2)；任意相邻的两个粘片槽的中心距离大于粘片槽直径的1.5倍。

图2是本发明实施例中一种基片的形状示意图，这种图形无法使用高精度的直线型划片机得到，如图2所示，这种基片由两个不等的圆镶嵌而成，最大尺寸为18mm，厚度为1mm，对应的粘片槽的尺寸为深度为0.5mm。

具体的，将多个基片逐片放置在所述粘片槽内包括以下步骤：

将基片放置在所述粘片槽内时，基片的参考方向与基板半径方向的夹角小于2°。所述基片的参考方向为基片图形的对称轴，且定义组成图形的小圆方向为“上”。具体的，图3是本发明实施例中基片放置在粘片槽的位置示意图，如图3所示，图中基片的高(也是对称轴)与基板的半径重合，即与半径夹角为0°。

在本发明实施例中，所述压板的平整度≤5μm，可选用抛光过的平整的玻璃板或金属等刚性材料。

在本发明实施例中，所述第一光刻胶的粘度为30～50CP，第一光刻胶的涂胶量要防止基片偏出粘片槽、基片粘接不牢、及当基片放入粘片槽时第一光刻胶溢出到基片表面。

在本发明实施例中，第二光刻胶的性质(正性或负性)根据湿法刻蚀工艺需要使用的刻蚀液碱性或氧化性强度进行选择，例如镍镉合金的刻蚀通常选择使用硝酸铈铵和乙酸的混合酸性刻蚀液，可以使用正性光刻胶(具体型号不做规定，因为不同厂家配方完全能不同，但性质一样)；再例如铬的刻蚀通常使用高锰酸钾和氢氧化钠的混合碱性刻蚀液，可以使用负性光刻胶(一般正性光刻胶不耐碱)。

为了更加详细的说明本发明实施例，以直径4mm，厚度0.6mm的蓝宝石基片为例给出一个具体的实例1。

在实例1中基板采用单晶硅或碳化硅材料，图4是本发明实施例实例1中基板和粘片槽的结构示意图，图4a为俯视图，图4b为主视图，如图4所示，粘片槽沿基板边缘3mm～5mm位置处圆周分布，所述粘片槽的直径比基片直径大直径0.5～0.8mm，所述粘片槽深度为基片厚度的1/2，任意相邻的两个粘片槽的槽中心距离大于粘片槽直径的1.5倍。这种设计主要是使基板上可以均匀的粘接更多的小尺寸基片，有利于后续工艺的效率和加工均匀性。

图5是本发明实施例实例1中步骤101的工艺示意图，具体的，步骤101又可以分为基板涂胶、粘片、压片固化、二次涂胶固化四个步骤。

基板涂胶：具体的，所述第一光刻胶的粘度为30～50CP。可以根据刻蚀液根据刻蚀液特性和光刻图形性质选择正胶或负胶，胶量的控制既要防止基片偏出粘片槽，同时又要防止基片粘接不牢或光刻胶溢出到基片表面，一般情况下，粘片槽内的光刻胶厚度在50～200μm之间。

粘片：将小尺寸基片放入粘片槽内，使用尖头镊子夹住基片边缘在粘片槽内左右推动，以保证基片和光刻胶完全接触，避免在基片下方有较大气泡。

压片固化：所述压板的平整度≤5μm。具体的，使用平整的厚玻璃板或金属等刚性材料，均匀的垂直的压在粘片后的基板上，并将基片放置在热板或者烘箱内烘烤，使光刻胶固化，具体烘烤温度和时间根据光刻胶性质和工艺需要确定，完成固化后，取下压片板。

二次涂胶固化：在经过第一次固化处理后的基板的表面涂第二光刻胶，涂第二光刻胶后对基板进行烘烤，使光刻胶固化。

步骤102，利用光刻板对经过第二次固化处理后的基片进行逐片曝光，直到所述基板上的基片全部曝光完毕。

本发明实施例中光刻板主要针对接触式光刻对准的精度和压板的效果等，在同一个基板上进行多次曝光的情况下进行了重新设计，使其可以满足工艺需要。

光刻板的设计。所述光刻板上设有一个光刻板图形区，光刻板图形区以外的区域不透光，光刻板图形区到光刻板中心的距离与粘片槽到基板中心的距离相同。图6是本发明实施例实例1中光刻板的结构示意图。

具体的，步骤102包括单片曝光和继续曝光：

单片曝光：将光刻板上的图形区与基板上任意一个基片对准，然后将基片与光刻板接触压紧，进行曝光，至此完成一个基片曝光。具体的，将专用光刻板安装在光刻机板夹上并固定好；将完成光刻胶固化并降至室温的基板放置在光刻机样品盘上；完成光刻板图形区与基板上一个小尺寸基片的对准，然后将基片与光刻板接触压紧，进行曝光，光刻机的具体操作方式和曝光时间及强度，根据具体使用的光刻机型号以及光刻工艺需要确定。

继续曝光：解除所述基片与光刻板的接触，将基板旋转一定角度，使基板上另一个未进行曝光的基片位于光刻板的图形区，进行图形对准，将基片与光刻板接触压紧，进行曝光；遍历所有的基片，直到所述基板上的基片全部曝光完毕。具体的，完成一个基片曝光工艺后，解除光刻板和基片的接触，使用光刻机样品盘的操作杆或者手动将基片旋转一定角度，使基板上另一个未进行曝光工艺的基片位于光刻板图形区的位置，再进行图形对准，然后将基片与光刻板接触压紧，进行曝光；重复本步骤，直到完成基板上所有小尺寸基片的曝光。

步骤103，将曝光后的基板进行显影和湿法刻蚀。

在本发明实施例中，显影和湿法刻蚀工艺也采用基板批次性进行，避免小尺寸晶片在湿法工艺中受刻蚀液(显影液)流动的影响导致的图形不均匀。

本发明的表面光刻和湿法刻蚀方法还包括将完成湿法刻蚀的基板放入去胶液中浸泡，使基片从基板上脱落，并将脱落后的基片使用去胶液清洗至无残留光刻胶。

更加具体的，所述去胶液选取丙酮、乙酸丁酯或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或几种。

具体的，步骤103包括显影、湿法刻蚀、去胶三个步骤。

显影：将完成全部基片曝光的基板从光刻机中取出，根据工艺需要对整个基板进行显影工艺(可以使用显影机，也可以使用槽式设备进行手动显影)，完成显影后观察图形完整性，以确定光刻工艺是否合格。

湿法刻蚀：将完成显影工艺的基板整体进行湿法刻蚀，刻蚀液和刻蚀条件根据所加工的基片、薄膜性质、厚度等参数确定。

去胶：将完成湿法刻蚀的基板放入去胶液中浸泡(根据光刻胶性质不同可能是丙酮、乙酸丁酯或者NMP等)，浸泡温度时间根据基片、基板尺寸，光刻胶性质等确定；当完成浸泡后基片将从基板上脱落，将取下的基片使用所述去胶液再次清洗3-4次，使基片表面在肉眼和显微镜50倍放大均无明显残胶，再根据需要和基片性质对基片表面进行干法清洗等表面处理，最终完成整个小尺寸基片表面图形的加工过程。

在本发明实施例中，将全部基片完成曝光的基板作为一个整体工艺操作对象进行显影和湿法刻蚀工艺，工艺可以使用自动化湿法工艺设备进行也可以通过手工操作进行，主要目标是要保证工艺的均匀性；去胶工艺采用常规的去胶液(如丙酮、NMP等)对完成刻蚀的基片进行长时间浸泡，可以使完成工艺的小尺寸基片脱离基板，同时通过多次冲洗和干法工艺进行去胶，从而完成整个小尺寸基片上的图形加工过程。

使用本发明实施例提供的表面光刻和湿法刻蚀方法进行小尺寸晶片的图形加工，可以大幅提高工艺效率和均匀性，包括涂胶厚度均匀性、显影均匀性和湿法刻蚀均匀性，根据加工关键尺寸的不同，成品率相比传统的单片加工方法提升10～30％，消除了工艺效率和成品率之间的矛盾。

本发明实施例提供的基片的表面光刻和湿法刻蚀方法特别适用于外形不规则的基片，图8是本发明实施例一种不规则的基片的形状示意图，其中，图8a为剖视图；图8b为俯视图，如图8所示，这种基片单边带倒角，且倒角区需要加工金属图形，无法通过大版加工图形再划片成型的方法制得。

本发明实施例根据不同具体尺寸的小尺寸基片设计专用的大尺寸基板和光刻板，采用在基板上粘片的方式使大量小尺寸基片整合；使用专用的光刻板实现图形转移，其特点是避免了每一个小尺寸基片在曝光后需要取出和装入的过程，同时也可以提高图形对准速度；将完成曝光的基板整体进行显影，湿法刻蚀工艺，可以使多片小尺寸基片同时工艺的情况下得到更好的均匀性和成品率。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基片的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：

在设有多个粘片槽的基板上涂第一光刻胶，将多个基片逐片放置在涂有第一光刻胶的各粘片槽内，将压板覆盖在所述基板上，并进行第一次固化处理，在经过第一次固化处理后的基板表面涂第二光刻胶，并进行第二次固化处理；

利用光刻板对经过第二次固化处理后的基片进行逐片曝光，直到所述基板上的基片全部曝光完毕；

将曝光后的基板进行显影和湿法刻蚀。

2.如权利要求1所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，所述基板的厚度小于1mm，表面平整度在4英寸基板上小于8μm。

3.如权利要求1所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，多个所述粘片槽在所述基板上呈圆周分布。

4.如权利要求1所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，当所述粘片槽为圆形时，所述粘片槽的直径比基片上最大外接圆的直径大0.5～0.8mm，所述粘片槽深度为基片厚度的2/5～3/5；任意相邻的两个粘片槽的中心距离大于粘片槽直径的1.5倍。

5.如权利要求1所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，将基片放置在所述粘片槽内时，基片的参考方向与基板半径方向的夹角小于2°。

6.如权利要求1所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，

所述压板的平整度≤5μm。

7.如权利要求1所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，所述第一光刻胶的粘度为30～50CP。

8.如权利要求2或3所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，所述光刻板上设有一个光刻板图形区，所述光刻板图形区到光刻板中心的距离与粘片槽到基板中心的距离相同，所述光刻板上光刻板图形区以外的区域不透光；

利用光刻板对经过第二次固化处理后的基片进行逐片曝光，直到所述基板上的基片全部曝光完毕具体包括以下步骤：

将光刻板上的图形区与基板上任意一个基片对准，然后将基片与光刻板接触压紧，进行曝光，至此完成一个基片曝光；

解除所述基片与光刻板的接触，将基板旋转预设的角度，使基板上另一个未进行曝光的基片位于光刻板的图形区，进行图形对准，将基片与光刻板接触压紧，进行曝光；遍历所有的基片，直到所有基片全部曝光完毕。

9.如权利要求1所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，还包括将完成湿法刻蚀的基板放入去胶液中浸泡，使基片从基板上脱落，并将脱落后的基片使用去胶液清洗至无残留光刻胶。

10.如权利要求9所述的表面光刻和湿法刻蚀方法，其特征在于，所述去胶液选取丙酮、乙酸丁酯或N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。