CN107390483A - 一种用于uv‑liga工艺光刻的定位方法 - Google Patents

一种用于uv‑liga工艺光刻的定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于UV‑LIGA工艺光刻图形定位方法，具体涉及半导体工艺和微电子机械系统工艺技术领域。该方法主要包括：选取两片定位镀膜玻璃板；将两片定位镀膜玻璃板粘接到电路基板两端；采用光刻蚀方法用定位掩膜胶版在定位镀膜玻璃板上制作第一定位标识，分别采用底层掩膜胶版和顶层掩膜胶版光刻制作底层和顶层光刻胶图形，光刻曝光时要确保底层掩膜胶版第三定位标识，顶层掩膜版第四定位标识与第一定位标识完全重合。定位掩膜板上的第二定位标识位置图形尺寸与顶层掩膜版第四定位标识、底层掩膜版第三定位标识完全重合；最后去除定位镀膜玻璃板，完成双层高精度光刻胶图形的制作。

Description

一种用于UV-LIGA工艺光刻的定位方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺和微电子机械系统工艺技术领域，具体涉及一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法。
背景技术
MEMS(微机电系统)是21世纪科技与产业的热点之一，而微细加工技术又是MEMS发展的重要基础。LIGA(X射线深层光刻、电铸成型和微复制)和UV-LIGA技术是微细加工中两种十分重要的技术。在微机械领域常需要用到具有一定厚度和高深宽比的微结构，LIGA与UV-LIGA技术是制作这种微结构的重要手段。UV-LIGA技术的工艺过程与LIGA技术基本相同，只是不需要用同步辐射X线源，而用常规的紫外光作为曝光光源，因此UV-LIGA技术要比LIGA技术在工艺成本上便宜很多，较之更容易推广。
UV-LIGA工艺一般采用近紫外线曝光，加工零件一般为超厚、高深宽比的微结构。简单的微结构加工一般采用一次光刻就能满足要求，对于复杂微结构图形如叠层结构，就需要用到二次套刻对准曝光技术。
步进投影式曝光机，可以解决厚胶光刻对准问题。步进投影式光刻机对准时，在掩模平面上观察反射图形，不存在景深问题。另外对准精度高如果选用2:1成像比，掩模尺寸可以比实际图形大一倍，则对准精度可以提高一倍。如果成像比选用大些，则微调装置比较容易达到要求，有利于提高对准精度,能够减少了光透过掩模版的衍射，因此投影式曝光机器可以满足厚胶光刻对准要求，且具有很高的对准精度。
投影式曝光机主要应用与半导体加工制作中，光刻对准精度高，无景深限制。但该设备为半导体加工设备，价格比较昂贵价格一般需要几百万-上千万，且生产加工成本高，很难在生产中大规模使用。
由于UV-LIGA工艺所用的光刻胶厚度一般大于50微米，这就对曝光对准显微镜景深提出了更高的要求。普通光刻用对准显微镜景深小，无法同时清楚显示基板定位标识和掩膜版定位标识，套刻对准精度差。
发明内容
本发明的目的是针对普通紫外光刻机厚胶光刻对准度差的不足，提出了一种利用定位镀膜玻璃板上的定位标识使两次光刻对准都与同一定位标识重合，减少图形对准偏差的用于UV-LIGA工艺光刻图形的定位方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，具体包括以下步骤：
步骤一：选取两片定位镀膜玻璃板；
步骤二：将两片定位镀膜玻璃板粘接到电路基板两端；
步骤三：采用光刻蚀方法在定位镀膜玻璃板上制作出第一定位标识，光刻蚀过程中采用定位掩膜胶版进行定位曝光，定位掩膜胶版上设有第二定位标识；
步骤四：对电路基板进行第一次涂胶光刻制作底层光刻胶图形，第一次涂胶光刻时采用底层掩膜胶版进行定位曝光，底层掩膜胶版上设有第三定位标识，将第三定位标识与第一定位标识对准；
步骤五：对电路基板进行第二次涂胶光刻制作顶层光刻胶图形，第二次涂胶光刻时采用顶层掩膜胶版进行定位曝光，顶层掩膜胶版上设有第四定位标识，第四定位标识与第一定位标识对准；
步骤六：去除定位镀膜玻璃板，完成双层高精度光刻胶图形的制作。
优选地，所述步骤一中，两片定位镀膜玻璃板的表面光洁且平整，两片定位镀膜玻璃板具有相同的厚度，且定位镀膜玻璃板的厚度大于第一次涂胶与第二次涂胶的两层胶层总厚度。
优选地，所述两片定位镀膜玻璃板的厚度均为0.5mm，尺寸均为4mm×4mm。
优选地，所述步骤一中，所述定位镀膜玻璃板为采用溅射镀膜方法在玻璃基板的上表面镀一层钛钨-金复合膜层，钛钨-金复合膜层的厚度为0.2～0.3μm。
优选地，所述步骤二中，所述定位镀膜玻璃板采用胶粘剂粘贴于电路基板的两端，且两片定位镀膜玻璃板相平行。
优选地，所述步骤三中，定位掩膜胶版上的第二定位标识为十字定位标识图形，第一定位标识由定位掩膜版第二定位标识图形通过光刻蚀加工制作，图形尺寸与第二定位标识相同。
优选地，所述步骤四中进行的第一次涂胶光刻和步骤五中进行的第二次涂胶光刻中，顶层掩膜胶版和底层掩膜胶版均放置于定位镀膜玻璃板上方，且第三定位标识、第四定位标识和第一定位标识相互重合。
优选地，所述第一定位标识、第二定位标识、第三定位标识和第四定位标识图形形状相同，尺寸相等，在基板上的位置关系一致。
本发明具有如下有益效果：本发明采用定位镀膜玻璃板支持掩膜胶版，在不影响光刻胶涂覆的同时，使定位镀膜玻璃板上的定位标识与掩膜胶版上的定位标识准确对齐，光刻定位标识对准更加清楚，提高了光刻套刻定位的精准度。另外通过光刻蚀的方法在定位镀膜玻璃片上制作定位标识，使底层光刻胶图形制作和顶层光刻胶制作的两次光刻对准都与同一定位标识重合，减少了图形对准偏差，提高了UV-LIGA工艺厚胶光刻套刻对准精度。
附图说明
图1为用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法流程图；
图2为制作底层光刻胶图形结构示意图；
图3为制作顶层光刻胶图形结构示意图；
图4为最终叠层光刻胶图；
图5为11号位置掩膜胶版定位标识图形和定位玻璃板上定位标识图形。
其中，1为定位镀膜玻璃板，2为电路基板，3为第一次涂胶的胶层，4为底层掩膜胶版，5为定位区域，6为底层光刻胶图形，7为紫外线，8为曝光窗口，9为第二次涂胶的胶层，10为顶层光刻胶图形，11为掩膜胶版与定位镀膜玻璃板定位标识重合区，12掩膜胶版十字透光图形，13为第一定位标识，14顶层掩膜胶版。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图1-图5所示，一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，具体包括以下步骤：步骤一：选取两片定位镀膜玻璃板1；
步骤二：将两片定位镀膜玻璃板1粘接到电路基板2两端；
步骤三：采用光刻蚀方法在定位镀膜玻璃板上制作出第一定位标识13，第一定位标识位于定位区域5内，光刻蚀过程中采用定位掩膜胶版进行定位，定位掩膜胶版上设有第二定位标识；
步骤四：对电路基板2进行第一次涂胶光刻，在第一次涂胶的胶层3上制作底层光刻胶图形6，第一次涂胶光刻时采用底层掩膜胶版4进行定位，底层掩膜胶版4上设有第三定位标识，将第三定位标识与第一定位标识对准在底层掩膜胶版与定位镀膜玻璃板定位标识重合区11对准；
步骤五：对电路基板2进行第二次涂胶光刻，在第二次涂胶的胶层9上制作顶层光刻胶图形10，第二次涂胶光刻时采用顶层掩膜胶版14进行定位，顶层掩膜胶版14上设有第四定位标识，第四定位标识与第一定位标识对准；
步骤六：去除定位镀膜玻璃板1，完成双层高精度光刻胶图形的制作；
步骤一中，两片定位镀膜玻璃板的表面光洁且平整，两片定位镀膜玻璃板具有相同的厚度，且定位镀膜玻璃板的厚度大于第一次涂胶与第二次涂胶的两层胶层总厚度，两片定位镀膜玻璃板的厚度均为0.5mm，尺寸均为4mm×4mm。
步骤一中，所述定位镀膜玻璃板为采用溅射镀膜方法在玻璃基板的上表面镀一层钛钨-金复合膜层，钛钨-金复合膜层的厚度为0.2～0.3μm。
玻璃基板表面的复合膜层的形成方法，其步骤包括：先用超声波清洗机对玻璃基板进行水超声波清洗和有机溶剂超声波清洗，去除玻璃表面污染物，再用真空溅射的方法在玻璃上形成一层钛钨-金复合膜层。
步骤二中，所述定位镀膜玻璃板采用胶粘剂粘贴于电路基板的两端，且两片定位镀膜玻璃板相平行。采用redux420双组分环氧胶把镀膜玻璃板未金属化镀膜的一侧粘接到电路基板两侧，在室温下使胶充分的固化，环氧胶达到最大的粘接强度。
步骤三中，定位镀膜玻璃板上的第一定位标识13形成主要采用定位掩膜胶版光刻刻蚀方法加工，包括涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等步骤，定位掩膜胶版上的第二定位标识为十字定位标识。步骤三中，是在玻璃板金属膜层上涂覆一层光刻胶紫外正胶AZ4620，由于玻璃板与基版有高度差，采用喷胶涂布方法，涂胶厚度1-2μm；前烘步骤，是对涂覆的光刻胶进行烘焙挥发部分溶剂，可以采用烘箱烘焙，在90℃烘箱内加热3～5min；曝光步骤，使用紫外光刻机用定位掩膜胶版对光刻图形部分进行紫外曝光，定位掩膜板图形位置要与顶层掩膜板底层掩膜板定位标识位置尺寸相同。曝光时间约为40s；显影步骤，使用显影液把曝光过的光刻胶进行去除的操作，用沉浸法去除，浸泡时间约为1分钟；坚膜步骤，是对光刻胶进一步烘焙去除溶剂，在120℃烘箱内加热3～10min。腐蚀步骤，是用金腐蚀也和TiW腐蚀也去除非图形部分金属层，形成最终需要金属定位标识，去除光刻胶步骤采用等离子去胶机去除。
步骤四中，进行的第一次涂胶光刻和步骤五中进行的第二次涂胶光刻中，顶层掩膜胶版和底层掩膜胶版均放置于定位镀膜玻璃板上方，且第三定位标识、第四定位标识和第一定位标识相互重合，使用SU-8 2150光刻胶，制作光刻胶底层图形6，SU-8光刻胶是一种高对比度、基于环氧光刻胶，能够实现高深宽比光刻胶掩膜制作，保证了图形加工尺寸精度。加工步骤为匀胶、前烘、曝光、中烘、显影。
上述步骤四中，光刻中匀胶步骤，是在电路基版2上涂覆一层SU-8光刻胶3，用旋转涂布法，涂胶转速一般为3000转/分，时间15-30s，涂胶厚度约为200μm。
上述步骤四中，光刻中前烘步骤，对涂覆的光刻胶，进行烘焙挥发部分溶剂，一般用热板进行烘焙，分两次加热，65℃加热12min，90℃加热1.5h。
上述步骤四中，光刻中曝光步骤，使用紫外光刻机对光刻胶进行紫外线7曝光，紫外线光刻机正对曝光窗口8，曝光量500-600mj/cm2，采用底层掩膜胶版曝光，曝光窗口8长度为10mm，曝光是要确保第三定位标识与第一定位标识重合，以保证定位精度。
上述步骤四中，光刻中中烘步骤，是对光刻胶进一步烘焙使曝光图像部分交联固化，一般用热板进行烘焙。分两次加热65℃加热4min，90℃加热0.3h。
上述步骤四中，光刻显影步骤，将曝光后的光刻胶沉浸在显影液中，6-10min去除未曝光的光刻胶，形成高深刻比底层光刻胶图形。
上述步骤五中，采用第四定位标识，使用SU-8 2150光刻胶，制作光刻胶顶层图形，是在电路基版2上涂覆一层SU-8光刻胶3，用旋转涂布法，涂胶转速一般为900转/分，时间15-30s，涂胶厚度约为400μm。
上述步骤五中，光刻中匀胶步骤，是在电路基板上涂覆一层SU-8光刻胶9，涂覆参数同步骤104。
上述步骤五中，光刻中前烘步骤，烘培参数同步骤四。
上述步骤五中，光刻中曝光步骤，使用紫外光刻机对光刻胶进行紫外线曝光，曝光量500-600mj/cm2，采用顶层掩膜胶版曝光，曝光窗口8长度为6mm，曝光是要确保顶层掩膜胶板14定位标识与玻璃板定位标识13重合，掩膜版十字透光图形12重合，以保证定位精度。
上述步骤五中，光刻中中烘步骤，烘培参数同步骤四。
上述步骤五中，光刻显影步骤，显影步骤同步骤四，最终形成高深刻比顶层光刻胶图形10。
上述步骤六中，采用划片方式去除定位镀膜玻璃板和底层电路基板，形成最终需要叠层光刻图形。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：选取两片定位镀膜玻璃板；
步骤二：将两片定位镀膜玻璃板粘接到电路基板两端；
步骤三：采用光刻蚀方法在定位镀膜玻璃板上制作出第一定位标识，光刻蚀过程中采用定位掩膜胶版进行定位曝光，定位掩膜胶版上设有第二定位标识；
步骤四：对电路基板进行第一次涂胶光刻制作底层光刻胶图形，第一次涂胶光刻时采用底层掩膜胶版进行定位曝光，底层掩膜胶版上设有第三定位标识，将第三定位标识与第一定位标识对准；
步骤五：对电路基板进行第二次涂胶光刻制作顶层光刻胶图形，第二次涂胶光刻时采用顶层掩膜胶版进行定位曝光，顶层掩膜胶版上设有第四定位标识，第四定位标识与第一定位标识对准；
步骤六：去除定位镀膜玻璃板，完成双层高精度光刻胶图形的制作。
2.如权利要求1所述的一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，其特征在于，所述步骤一中，两片定位镀膜玻璃板的表面光洁且平整，两片定位镀膜玻璃板具有相同的厚度，且定位镀膜玻璃板的厚度大于第一次涂胶与第二次涂胶的两层胶层总厚度。
3.如权利要求2所述的一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，其特征在于，所述两片定位镀膜玻璃板的厚度均为0.5mm，尺寸均为4mm×4mm。
4.如权利要求3所述的一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，其特征在于，所述步骤一中，所述定位镀膜玻璃板为采用溅射镀膜方法在玻璃基板的上表面镀一层钛钨-金复合膜层，钛钨-金复合膜层的厚度为0.2～0.3μm。
5.如权利要求4所述的一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，其特征在于，所述步骤二中，所述定位镀膜玻璃板采用胶粘剂粘贴于电路基板的两端，且两片定位镀膜玻璃板相平行。
6.如权利要求5所述的一种用于UV-LIGA工艺光刻的定位方法，其特征在于，所述步骤三中，定位掩膜胶版上的第二定位标识为十字定位标识图形，第一定位标识由定位掩膜版第二定位标识图形通过光刻蚀加工制作，图形尺寸与第二定位标识相同。
7.如权利要求6所述的一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，其特征在于，所述步骤四中进行的第一次涂胶光刻和步骤五中进行的第二次涂胶光刻中，顶层掩膜胶版和底层掩膜胶版均放置于定位镀膜玻璃板上方，且第三定位标识、第四定位标识和第一定位标识相互重合。
8.如权利要求7所述的一种用于UV-LIGA工艺光刻图形定位方法，其特征在于，所述第一、二定位标识、第三定位标识和第四定位标识图形形状相同，尺寸相等，在基板上的位置关系一致。
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