CN111045300A - 等离子体刻蚀配合湿法辅助去除su-8负性光刻胶的方法 - Google Patents

等离子体刻蚀配合湿法辅助去除su-8负性光刻胶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU‑8负性光刻胶的方法；包括：采用等离子体去胶工艺，通入O2/CF4混合气体去除基片上的SU‑8负性光刻胶；采用湿法工艺，将经过等离子体去胶工艺的基片放入丙酮、乙醇中浸泡后并一同放入超声设备中超声处理，清洗，氮气吹干。本发明的方法可实现硅基底、非晶无机非金属材料、电镀金属结构等材料上SU‑8负性光刻胶的有效去除。通过确定最优刻蚀工艺参数有效地解决现阶段SU‑8负性光刻胶去胶难的问题，而且不会对基底材料和通过沉积、溅射和电镀等工艺制作的微结构产生损伤，从而可以广泛地应用在制作高深宽比模具、微流体、微光学等MEMS结构器件、生物医学和芯片封装等领域。

Description

等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术及微机电系统(MEMS)结构器件制作工艺技术领域，尤其涉及一种O2/CF4等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法。
背景技术
SU-8负性光刻胶可广泛应用于微加工领域和微电子器件上，具有优异的化学性质和良好的热稳定性，可用X射线、电子束、紫外光等曝光成像制作高深宽比且侧壁垂直度良好的结构图形，亦能作为极好的干法刻蚀阻挡层材料。
但是，经过曝光之后的SU-8负性光刻胶现阶段的有效去除依然是一个很困难的问题，虽然已经有许多生产商及研究人员开发了多种形式的去胶方法，包括化学方式(PG去胶液或热丙酮浸泡溶胀)、物理方式(高温灰化法)、机械方式(超声震荡破坏光刻胶与衬底之间的结合力)等，但至今还没有一种适用范围广，去胶时间短，能在不损伤任何结构的前提下实现完美去胶的方式。
通过对现有专利文献的检索发现，申请号为201310312175.1的中国发明专利申请公开了一种等离子体去除光刻胶的方法；其在反应腔上施加低频率的射频功率源取代传统的高频率的射频功率源，使得反应腔内含氧的反应气体在低射频功率的作用下激发等离子体放电，产生高活性离子，实现对光刻胶的刻蚀去除反应。然而，参照该专利的方法用O2等离子体无法去除SU-8负性光刻胶。
发明内容
针对现有的SU-8去胶工艺存在的一系列问题，本发明提出一种基于O2/CF4等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法，可以有效去除固化的图形化SU-8负性光刻胶，并且不会对其他微结构造成损伤。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种基于O2/CF4混合气体通过等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、采用等离子体去胶工艺，通入O2/CF4混合气体去除基片上的SU-8负性光刻胶；所述基片上具有SU-8负性光刻胶图形层；
S2、采用湿法工艺，将经过等离子体去胶工艺的基片放入丙酮中浸泡，再一同放入超声设备中超声；
S3、采用湿法工艺，将步骤S2处理后的基片放入乙醇中浸泡，再一同放入超声设备中超声；
S4、将浸泡超声处理后的基片用去离子水冲洗，并用氮气吹干得到去除SU-8负性光刻胶的基片。
本发明的目的是去除SU-8负性光刻胶。SU-8负性光刻胶的结构稳定性好，只有氧离子，很难破坏分子结构，有氟离子的话，一些比较难分开的结构可以由氟离子打开。本发明中是通过注入四氟化碳CF4混合气体从而达到去除SU-8负性光刻胶的效果，如果只有氧气O2一种气体，普通正性光刻胶一般为饱和碳氢聚合物，在等离子辉光状态下可与氧气O2反应最终生成CO2和HO2可以去除，而SU-8负性光刻胶中所含成分为环戊酮、亚异丙基双苯酚与氯甲基环氧乙烷和甲醛的聚合物，化学式十分稳定，氧离子无法分解去除。
在本发明的一个实施例中，步骤S1中，所述SU-8负性光刻胶图形层是采用光刻工艺，在基片上旋涂SU-8负性光刻胶并进行烘烤、光刻、显影、后烘固化步骤形成SU-8负性光刻胶图形层。
在本发明的一个实施例中，O2/CF4混合气体中CF4占总混合气体的比例在10％～25％。氟基气体含量低于10％会使得在等离子体激发过程中CF4中的氟基无法充分的与SU-8负性光刻胶中的化学分子产生反应，从而无法到达完全去胶效果；含量高于25％则会造成硅基底也会被CF4中的氟基产生刻蚀影响。所以这个比例范围之内是能达到最好的效果，既能完全去除SU-8负性光刻胶，又能不伤害硅基底。
在本发明的一个实施例中，等离子体去胶工艺的工作功率设定在200W～500W。低于200W会使得功率不足，在等离子体激发过程中无法充分的产生辉光，导致气体无法与SU-8负性光刻胶充分发生反应从而无法到达完全去胶效果；高于500W会使得反应腔室内温度过高，致使SU-8负性光刻胶变性，难以去除。所以这个区间范围既能使得去胶工艺正常进行，也不会使得SU-8负性光刻胶变性而无法去除。
在本发明的一个实施例中，等离子体去胶工艺的工作温度设定在20℃～200℃。低于20℃也是可以的，通常实验温度是在常温条件下进行的，而且整个实验中无冷却环节，所以选用20℃常温开始进行，高于200℃会使得反应腔室内温度过高，致使SU-8负性光刻胶变性，难以去除。所以这个是最合理的温度区间。
在本发明的一个实施例中，等离子体去胶工艺的工作时间设定在5分钟～10小时，刻蚀时间与胶厚成正比。
在本发明的一个实施例中，步骤S2中，所述浸泡的时间为1～3分钟；所述超声的时间为3～5分钟。
在本发明的一个实施例中，步骤S3中，所述浸泡的时间为1～3分钟；所述超声的时间为3～5分钟。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明公开的一种基于O2/CF4混合气体通过等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法具有操作简单、去胶效果好、对器件无损伤的优点，从而能有效地解决现阶段SU-8负性光刻胶去胶难的情况，并能广泛应用在各个领域。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本发明的一个实施例的采用光刻工艺，在基片上沉积金属层，旋涂SU-8负性光刻胶并进行烘烤、光刻、显影、后烘固化步骤形成SU-8负性光刻胶图形层，再用等离子体刻蚀去胶的流程示意图；
图2示出根据本发明的一个实施例的采用等离子体去胶工艺，通入O2/CF4混合气体去除基片上的SU-8负性光刻胶的流程示意图；
其中，1为基底，2为金属种子层，3为SU-8负性光刻胶，4为电镀金属层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
实施例1
下面结合图1来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种基于O2/CF4混合气体通过等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法。如图1为采用光刻工艺，在基片上沉积金属层，旋涂SU-8负性光刻胶并进行烘烤、光刻、显影、后烘固化步骤形成SU-8负性光刻胶图形层，再用等离子体刻蚀去胶的流程示意图。
在本发明的实施例中，基底1可为其他类型的基底，例如硅基底、玻璃基底、聚合物基底、金属基底、陶瓷基底、半导体材料基底等等。本实施例的基底1选用硅基底。
在本发明的实施例中，通过溅射工艺沉积的金属种子层2可为其他类型导电材料，例如铜、铝、镍、金、银、合金等等。本实施例的金属种子层2选用铜。
在本发明的实施例中，在金属种子层2上旋涂SU-8负性光刻胶3(100微米)。
在本发明的实施例中，通过光刻工艺对SU-8负性光刻胶进行图形化得到需要的图形。
在本发明的实施例中，通过电镀工艺在暴露出的金属种子层2上电镀金属层4，例如铜、银、金、镍、铝、合金等等。本实施例中选择电镀铜金属层。
在本发明的实施例中，通过注入O2/CF4混合气体使用等离子体刻蚀去除SU-8负性光刻胶。
图2为腔室内注入O2/CF4混合气体使用等离子体刻蚀去除SU-8负性光刻胶示意图。
在本发明的实施例中，O2/CF4混合气体中CF4占总混合气体比例的20％。
在本发明的实施例中，等离子体去胶工艺工作功率设定在200W。
在本发明的实施例中，等离子体去胶工艺工作温度设定在50℃。
在本发明的实施例中，等离子体去胶工艺工作时间设定在1小时。
在本发明的实施例中，把经过等离子体去胶工艺的基片放入丙酮中浸泡1分钟并一同放入超声设备中超声3分钟。
在本发明的实施例中，最终把经过等离子体去胶工艺和在丙酮中处理过的基片放入乙醇中浸泡1分钟并一同放入超声设备中超声3分钟。
最终实现了SU-8负性光刻胶的完全去除。
实施例2
本实施例涉及一种基于O2/CF4混合气体通过等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法。包括如下步骤：
通过溅射工艺，在硅基片上沉积银金属种子层；
在银金属种子层上旋涂SU-8负性光刻胶200微米，并进行烘烤；
通过光刻工艺对SU-8负性光刻胶进行光刻、显影、后烘固化得到需要的图形；
通过电镀工艺在暴露出的金属种子层上电镀银金属层；
通过注入O2/CF4混合气体使用等离子体刻蚀去除SU-8负性光刻胶；O2/CF4混合气体中CF4占总混合气体比例的10％；等离子体去胶工艺工作功率设定在300W，工作温度设定在200℃，工作时间设定在5分钟；
把经过等离子体去胶工艺的基片放入丙酮中浸泡2分钟并一同放入超声设备中超声4分钟；
把经过等离子体去胶工艺和在丙酮中处理过的基片放入乙醇中浸泡3分钟并一同放入超声设备中超声5分钟。
最终实现了SU-8负性光刻胶的完全去除。
实施例3
本实施例涉及一种基于O2/CF4混合气体通过等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法。包括如下步骤：
通过溅射工艺，在硅基片上沉积镍金属种子层；
在镍金属种子层上旋涂SU-8负性光刻胶300微米，并进行烘烤；
通过光刻工艺对SU-8负性光刻胶进行光刻、显影、后烘固化得到需要的图形；
通过电镀工艺在暴露出的金属种子层上电镀镍金属层；
通过注入O2/CF4混合气体使用等离子体刻蚀去除SU-8负性光刻胶；O2/CF4混合气体中CF4占总混合气体比例的25％；等离子体去胶工艺工作功率设定在500W，工作温度设定在20℃，工作时间设定在10小时；
把经过等离子体去胶工艺的基片放入丙酮中浸泡3分钟并一同放入超声设备中超声5分钟；
把经过等离子体去胶工艺和在丙酮中处理过的基片放入乙醇中浸泡2分钟并一同放入超声设备中超声4分钟。
最终实现了SU-8负性光刻胶的完全去除。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种基于O2/CF4混合气体通过等离子体刻蚀配合湿法辅助去除SU-8负性光刻胶的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、采用等离子体去胶工艺，通入O2/CF4混合气体去除基片上的SU-8负性光刻胶；所述基片上具有SU-8负性光刻胶图形层；
S2、采用湿法工艺，将经过等离子体去胶工艺的基片放入丙酮中浸泡，再一同放入超声设备中超声；
S3、采用湿法工艺，将步骤S2处理后的基片放入乙醇中浸泡，再一同放入超声设备中超声；
S4、将步骤S3浸泡超声处理后的基片用去离子水冲洗，并用氮气吹干得到去除SU-8负性光刻胶的基片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述SU-8负性光刻胶图形层是采用光刻工艺，在基片上旋涂SU-8负性光刻胶并进行烘烤、光刻、显影、后烘固化步骤形成SU-8负性光刻胶图形层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，O2/CF4混合气体中CF4占总混合气体的比例在10％～25％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，等离子体去胶工艺的工作功率设定在200W～500W。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，等离子体去胶工艺的工作温度设定在20℃～200℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，等离子体去胶工艺的工作时间设定在5分钟～10小时，刻蚀时间与胶厚成正比。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述浸泡的时间为1～3分钟；所述超声的时间为3～5分钟。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述浸泡的时间为1～3分钟；所述超声的时间为3～5分钟。
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