CN107452600A - 一种复合抗电镀掩模的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合抗电镀掩模的制备方法，采用TiO2与光刻胶复合薄膜作为抗电镀薄膜，使用光刻胶利用溅射、光刻、刻蚀的手段制备复合薄膜，方法简单，不额外添加工艺设备。复合薄膜保留了光刻胶作为抗电镀膜图形分辨率高，线条精度高的优点，同时复合薄膜克服了光刻胶不耐电镀液腐蚀的不利特性。本发明解决了光刻胶掩膜易在电镀液中溶解、被腐蚀的问题，引入了TiO2薄膜，与光刻胶组成复合抗电镀掩膜，确定了TiO2薄膜以及光刻胶的厚度，确定了制备流程和工艺参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜电路制备工艺。
背景技术
薄膜电路是采用真空镀膜和电镀等成膜工艺以及紫外光刻、湿法刻蚀和干法刻蚀等图形形成技术，在抛光的基板上制作导体、无源器件和绝缘介质膜相互交叠的多层互连电路结构。与其他类型的电路相比，薄膜电路具有互连密度高和线条精度高，可实现小孔金属化，集成电阻、电容和电感等无源元件，制造高功率电路，整个封装结构具有系统级功能等突出特点，在机载、星载和航天领域中的微波毫米波电路上具有广泛的应用，是一种非常有潜力的微波电路基板技术。
通常薄膜电路制作的流程为激光打孔、清洗基板、基板金属化、制作图形(涂胶、曝光和显影)、电镀加厚、去光刻胶和刻蚀。光刻(包括涂胶、曝光、显影)作为薄膜多层电路研制中最重要的工艺步骤之一，是目前唯一可在基底上制作亚微米精度图形的技术。而为了在不规则表面或者有负责结构的基材上实现光刻胶的覆盖，只能选取喷涂的方式。市场上成熟的光刻胶产品粘度大，适用于旋涂，如果需要喷涂，则要对光刻胶进行稀释，稀释后的光刻胶中存在大量溶剂，化学稳定性和物理稳定性较差。用稀释后的光刻胶充当抗电镀膜，在后续电镀过程中耐电镀液腐蚀性差，光刻胶易溶解出现脱胶现象，导致电路图形模糊，制作失败。
目前解决该问题的方法有两类，一类是选用耐电镀液的光刻胶，但是耐电镀液的光刻胶在涂覆复杂表面时需采用喷涂方式，光刻胶需要稀释，该类光刻胶经稀释后还是存在耐电镀液腐蚀性差的问题；另一类方式为先刻蚀种子层，将种子层图形化后不带抗电镀膜电镀，但是孤立图形的电镀需要引入工艺线，高密度复杂电路工艺线后期去除不易，另外，不带抗电镀膜电镀，没有抗电镀膜限制，线路在电镀时金属离子会向图形周围扩展，导致图形精度变差，与基板结合力变低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种复合抗电镀掩模的制备方法，能够获得图形分辨率高、线条精度高、耐电镀液腐蚀性好的复合抗电镀膜，同时不需要增加额外的设备和工艺步骤。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)将清洗干净的Al2O3陶瓷基板置于磁控溅射镀膜腔体内，依次溅射沉积Cr、Cu、TiO2三层薄膜，其中TiO2薄膜厚度为200～300nm；
(2)将陶瓷基板置于喷胶机内，喷涂粘度小于0.03Pa·S的正性光刻胶，正性光刻胶厚度控制在5～7μm；
(3)将覆有光刻胶的陶瓷基板置于110-120℃环境下烘烤0.5～2min；
(4)将陶瓷基板置于光刻机内进行曝光；
(5)将曝光后的陶瓷基板置于显影液中进行显影；
(6)将显影完成的陶瓷基板置于刻蚀机内，刻蚀掉没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜。
所述的步骤(1)中，Cr薄膜厚度为50-100nm，Cr与Cu渐变过渡层厚度为50-100nm，Cu薄膜厚度400-500nm。
所述的步骤(1)中，溅射功率为300W，Ar流量为100sccm。
所述的步骤(2)中，正性光刻胶选用安智公司AZ4620，稀释剂选用丁酮和PGMEA。
所述的步骤(2)中，陶瓷基板的旋转速率为50转/分。
所述的步骤(4)中，曝光剂量为150-200mJ/cm2。
所述的步骤(5)中，显影液选用安智公司AZ300MIF，将光刻胶图形化，显影时间为3～5min。
所述的步骤(5)中，显影时间以曝光区域完全没有光刻胶残留为准。
所述的步骤(6)中，刻蚀功率为150-200W。
所述的步骤(6)中，刻蚀时间以曝光区域的TiO2薄膜全部被刻蚀掉，能看到Cu表面为准。
本发明的有益效果是：采用TiO2与光刻胶复合薄膜作为抗电镀薄膜，使用光刻胶利用溅射、光刻、刻蚀的手段制备复合薄膜，方法简单，不额外添加工艺设备。复合薄膜保留了光刻胶作为抗电镀膜图形分辨率高，线条精度高的优点，同时复合薄膜克服了光刻胶不耐电镀液腐蚀的不利特性。本发明解决了光刻胶掩膜易在电镀液中溶解、被腐蚀的问题，引入了TiO2薄膜，与光刻胶组成复合抗电镀掩膜，确定了TiO2薄膜以及光刻胶的厚度，确定了制备流程和工艺参数。
附图说明
图1是本发明的制备流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供的一种复合抗电镀掩模的制备方法，包括以下步骤：
(1)溅射
将清洗干净的Al2O3陶瓷基板置于磁控溅射镀膜腔体内，依次溅射沉积Cr、Cu、TiO2三层薄膜，其中Cr薄膜厚度为50-100nm，Cr与Cu渐变过渡层厚度为50-100nm，Cu薄膜厚度400-500nm，TiO2薄膜厚度为200-300nm。溅射功率为300W，Ar流量为100sccm。
(2)喷胶
将上一步沉积有金属/氧化物薄膜的陶瓷基板置于喷胶机内，喷涂稀释后的正性光刻胶，正性光刻胶选用安智公司AZ4620，稀释剂选用丁酮和PGMEA，稀释程度以光刻胶粘度小于0.03Pa·S为准，基板旋转速率为50转/分。
(3)坚膜
将覆有光刻胶的陶瓷基板置于热台上进行烘烤，用于光刻胶固化，烘烤温度110-120℃，烘烤时间0.5-2分钟。
(4)曝光
将坚膜后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于光刻机内，进行曝光，曝光剂量为150-200mJ/cm2。
(5)显影
将曝光后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于显影液中，进行显影，显影液选用安智公司AZ300MIF，将光刻胶图形化，显影时间3-5分钟。
(6)刻蚀
将显影完成的陶瓷基板置于离子束刻蚀机内，刻蚀掉没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜，刻蚀功率150-200W。
本发明的步骤(1)中，TiO2薄膜厚度控制在200-300nm之间。
本发明的步骤(2)中，光刻胶厚度控制在5-7μm之间。
本发明的步骤(5)中，显影时间以曝光区域完全没有光刻胶残留为准。
本发明的步骤(6)中，刻蚀时间以曝光区域的TiO2薄膜全部被刻蚀掉，能看到Cu表面为准。
本发明的实施例包括以下步骤：
(1)溅射
将清洗干净的陶瓷基板置于磁控溅射镀膜腔体内，溅射沉积Cr、Cu、TiO2三层薄膜，其中Cr、Cu为电路种子层，Cr与Cu之间采用渐变过渡，TiO2为抗电镀薄膜。溅射功率为300W，Ar流量为100sccm，腔体本底真空度为5×10-4Pa以下。Cr薄膜厚度为50-100nm，Cr与Cu渐变过渡层厚度为50-100nm，Cu薄膜厚度400-500nm，TiO2薄膜厚度为200-300nm。
(2)喷胶
将沉积有种子层的陶瓷基板置于喷胶机内，喷涂稀释后的正性光刻胶，光刻胶选用安智公司AZ4620，稀释剂为PGMEA以及丁酮，稀释比例为，光刻胶：丁酮：PGMEA＝1:9:1。基板旋转速率为50转/分，喷涂速率0.5-1mm/s，涂胶厚度为5-7μm，涂胶厚度较厚以保证在刻蚀时光刻胶不被全部刻掉。
(3)坚膜
将覆有光刻胶的陶瓷基板置于热台上进行烘烤，用于光刻胶固化，烘烤温度110-120℃，烘烤时间0.5-2分钟，烘烤温度和时间不宜过大也不宜过小，过大将导致光刻胶变性，光敏性降低；过小将导致有机溶剂大量残留，光刻胶物理特性变差。
(4)曝光
将坚膜后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于光刻机内，进行曝光，曝光剂量为150-200mJ/cm2，剂量以后续显影过程中5分钟以内完全去除残留光刻胶为准，剂量过大将导致过度曝光，线条边缘模糊，精度变差，剂量过小将导致显影无法去除残留光刻胶。
(5)显影
将曝光后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于安智公司AZ300MIF显影液中，进行显影，将光刻胶图形化，显影时间以曝光区域完全看不到光刻胶残留为准。
(6)刻蚀
将显影完成的陶瓷基板置于离子束刻蚀机内，刻蚀掉没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜，刻蚀功率为150-200W，不宜太高，以防止光刻胶被烧蚀变黑，刻蚀时间以没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜全部被刻蚀掉，Cu表面已全部暴露出来为准。
实施例一
一种复合抗电镀掩模的制备方法，包括以下步骤：
(1)溅射
将清洗干净的陶瓷基板置于磁控溅射镀膜腔体内，腔体抽真空至3.7×10-4Pa，开启加热，对基板进行烘烤除湿，烘烤时间和温度分别为250℃和30min，开始溅射沉积Cr、Cu、TiO2三层薄膜，其中Cr、Cu为电路种子层，Cr与Cu之间共溅射Cr/Cu中间层，TiO2为抗电镀薄膜。溅射功率为300W，Ar流量为100sccm，Cr薄膜厚度为60nm，Cr与Cu渐变过渡层厚度为50nm，Cu薄膜厚度400nm，TiO2薄膜厚度为200nm。
(2)喷胶
将沉积有种子层的陶瓷基板置于喷胶机内，喷涂稀释后的正性光刻胶，光刻胶选用安智公司AZ4620，稀释剂为PGMEA以及丁酮，稀释比例为，光刻胶：丁酮：PGMEA＝1:9:1。基板旋转速率为50转/分，喷涂速率0.5mm/s，涂胶厚度为5.5μm。
(3)坚膜
将覆有光刻胶的陶瓷基板置于热台上进行烘烤，用于光刻胶固化，烘烤温度110℃，烘烤时间1分钟，烘烤温度和时间不宜过大也不宜过小，过大将导致光刻胶变性，光敏性降低；过小将导致有机溶剂大量残留，光刻胶物理特性变差。
(4)曝光
将坚膜后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于光刻机内，进行曝光，曝光剂量为150mJ/cm2，剂量以后续显影过程中5分钟内完全去除残留光刻胶为准，剂量过大将导致过度曝光，线条边缘模糊，精度变差，剂量过小将导致显影无法去除残留光刻胶。
(5)显影
将曝光后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于安智公司AZ300MIF显影液中，进行显影，将光刻胶图形化，显影时间5分钟，曝光区域完全看不到光刻胶残留。
(6)刻蚀
将显影完成的陶瓷基板置于离子束刻蚀机内，刻蚀掉没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜，刻蚀功率为200W，不宜太高，以防止光刻胶被烧蚀变黑，刻蚀时间200s，没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜全部被刻蚀掉，Cu表面已全部暴露出来。
实施例二
一种复合抗电镀掩模的制备方法，包括以下步骤：
(1)溅射
将清洗干净的陶瓷基板置于磁控溅射镀膜腔体内，腔体抽真空至3.5×10-4Pa，开启加热，对基板进行烘烤除湿，烘烤时间和温度分别为250℃和30min，开始溅射沉积Cr、Cu、TiO2三层薄膜，其中Cr、Cu为电路种子层，Cr与Cu之间共溅射Cr/Cu中间层，TiO2为抗电镀薄膜。溅射功率为300W，Ar流量为100sccm，Cr薄膜厚度为50nm，Cr与Cu渐变过渡层厚度为50nm，Cu薄膜厚度450nm，TiO2薄膜厚度为220nm。
(2)喷胶
将沉积有种子层的陶瓷基板置于喷胶机内，喷涂稀释后的正性光刻胶，光刻胶选用安智公司AZ4620，稀释剂为PGMEA以及丁酮，稀释比例为，光刻胶：丁酮：PGMEA＝1:9:1。基板旋转速率为50转/分，喷涂速率0.6mm/s，涂胶厚度为6μm。
(3)坚膜
将覆有光刻胶的陶瓷基板置于热台上进行烘烤，用于光刻胶固化，烘烤温度110℃，烘烤时间1.5分钟，烘烤温度和时间不宜过大也不宜过小，过大将导致光刻胶变性，光敏性降低；过小将导致有机溶剂大量残留，光刻胶物理特性变差。
(4)曝光
将坚膜后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于光刻机内，进行曝光，曝光剂量为180mJ/cm2，剂量以后续显影过程中5分钟内完全去除残留光刻胶为准，剂量过大将导致过度曝光，线条边缘模糊，精度变差，剂量过小将导致显影无法去除残留光刻胶。
(5)显影
将曝光后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于安智公司AZ300MIF显影液中，进行显影，将光刻胶图形化，显影时间4.5分钟，曝光区域完全看不到光刻胶残留。
(6)刻蚀
将显影完成的陶瓷基板置于离子束刻蚀机内，刻蚀掉没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜，刻蚀功率为180W，不宜太高，以防止光刻胶被烧蚀变黑，刻蚀时间180s，没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜全部被刻蚀掉，Cu表面已全部暴露出来。
实施例三
一种复合抗电镀掩模的制备方法，包括以下步骤：
(1)溅射
将清洗干净的陶瓷基板置于磁控溅射镀膜腔体内，腔体抽真空至2.7×10-4Pa，开启加热，对基板进行烘烤除湿，烘烤时间和温度分别为250℃和30min，开始溅射沉积Cr、Cu、TiO2三层薄膜，其中Cr、Cu为电路种子层，Cr与Cu之间共溅射Cr/Cu中间层，TiO2为抗电镀薄膜。溅射功率为300W，Ar流量为100sccm，Cr薄膜厚度为90nm，Cr与Cu渐变过渡层厚度为70nm，Cu薄膜厚度400nm，TiO2薄膜厚度为260nm。
(2)喷胶
将沉积有种子层的陶瓷基板置于喷胶机内，喷涂稀释后的正性光刻胶，光刻胶选用安智公司AZ4620，稀释剂为PGMEA以及丁酮，稀释比例为，光刻胶：丁酮：PGMEA＝1:9:1。基板旋转速率为50转/分，喷涂速率1mm/s，涂胶厚度为5μm。
(3)坚膜
将覆有光刻胶的陶瓷基板置于热台上进行烘烤，用于光刻胶固化，烘烤温度110℃，烘烤时间2分钟，烘烤温度和时间不宜过大也不宜过小，过大将导致光刻胶变性，光敏性降低；过小将导致有机溶剂大量残留，光刻胶物理特性变差。
(4)曝光
将坚膜后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于光刻机内，进行曝光，曝光剂量为200mJ/cm2，剂量以后续显影过程中5分钟内完全去除残留光刻胶为准，剂量过大将导致过度曝光，线条边缘模糊，精度变差，剂量过小将导致显影无法去除残留光刻胶。
(5)显影
将曝光后的覆有光刻胶的陶瓷基板置于安智公司AZ300MIF显影液中，进行显影，将光刻胶图形化，显影时间5分钟，曝光区域完全看不到光刻胶残留。
(6)刻蚀
将显影完成的陶瓷基板置于离子束刻蚀机内，刻蚀掉没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜，刻蚀功率为190W，不宜太高，以防止光刻胶被烧蚀变黑，刻蚀时间240s，没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜全部被刻蚀掉，Cu表面已全部暴露出来。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将清洗干净的Al2O3陶瓷基板置于磁控溅射镀膜腔体内，依次溅射沉积Cr、Cu、TiO2三层薄膜，其中TiO2薄膜厚度为200～300nm；
(2)将陶瓷基板置于喷胶机内，喷涂粘度小于0.03Pa·S的正性光刻胶，正性光刻胶厚度控制在5～7μm；
(3)将覆有光刻胶的陶瓷基板置于110-120℃环境下烘烤0.5～2min；
(4)将陶瓷基板置于光刻机内进行曝光；
(5)将曝光后的陶瓷基板置于显影液中进行显影；
(6)将显影完成的陶瓷基板置于刻蚀机内，刻蚀掉没有光刻胶覆盖区域的TiO2薄膜。
2.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，Cr薄膜厚度为50-100nm，Cr与Cu渐变过渡层厚度为50-100nm，Cu薄膜厚度400-500nm。
3.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，溅射功率为300W，Ar流量为100sccm。
4.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，正性光刻胶选用安智公司AZ4620，稀释剂选用丁酮和PGMEA。
5.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，陶瓷基板的旋转速率为50转/分。
6.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，曝光剂量为150-200mJ/cm2。
7.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，显影液选用安智公司AZ300MIF，将光刻胶图形化，显影时间为3～5min。
8.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，显影时间以曝光区域完全没有光刻胶残留为准。
9.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，刻蚀功率为150-200W。
10.根据权利要求1所述的复合抗电镀掩模的制备方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，刻蚀时间以曝光区域的TiO2薄膜全部被刻蚀掉，能看到Cu表面为准。
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