CN1688504A - 有选择地覆盖微机加工表面的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有选择地覆盖微机加工表面的方法。在表面有蚀刻的模具上，首先敷设一层负性光致抗蚀剂，借助于曝光和随后的显影，其只在蚀刻上留下；然后，在负性光致抗蚀剂上，敷设一层正性光致抗蚀剂，其受到曝光和显影以产生在薄膜上沉积的功能性几何形状；随后在“剥离”操作中去除正性光致抗蚀剂，并在等离子操作中去除负性光致抗蚀剂，由此展现蚀刻。

Description

有选择地覆盖微机加工表面的方法
技术领域
本发明涉及mems 3D技术(mems：微机电系统)，或moems 3D技术(moems：光学微机电系统)，并且更准确地说，涉及在例如由于有蚀刻或凹陷而具有不规则表面的模具上均匀敷设光致抗蚀剂的方法。
背景技术
图1中描述的是作为moems技术应用的非限制性例子集成在模具51上的光电子装置10的轴测法图示，该模具作为非限制性例子可以是一般为硅的半导体材料。在模具51的上表面11上形成例如用于安装光纤所需的蚀刻12。而且在这一上表面11上有焊接了光电子元件53的外焊盘52，以及连接该光电子装置与图中未示出的外部电路所需的内焊盘54。
又在图1中，定义了给出模具51的三维基准的x，y和z轴。
现在将向熟悉本专业的人士根据所谓“剥离(lift-off)”技术描述用于制造光电子装置的过程，借助于这一过程可直接在非反应材料上诸如钛、铂、金上产生有不同层的几何形状，或使用该过程可以有选择地沉积炊钎焊料合金(例如金/锡80/20)，或可以有选择地沉积非金属材料。仅为理解本发明所需的步骤，应参照图2的流程图。
在第一步骤70，获得在其上制成小方块51的晶片66(图3)。
在借助于图4所示的步骤71，在小方块51上扩散“剥离抗蚀剂(lift off resist)”层61，例如由Micro-Chem提供的LOR系列，厚度例如在0.5和6μm之间，如图4涉及没有蚀刻的区域的截面细节所示。剥离抗蚀剂通常以液态涂敷，例如在所谓“旋转涂敷”的过程中借助于离心分离机。
在步骤72，在剥离抗蚀剂61上，敷设传统型的正性光致抗蚀剂层60，例如厚度在0.5和20μm之间，也如图4所示。正性光致抗蚀剂通常也以液态敷设，例如借助于旋转涂敷。
光致抗蚀剂层60的上表面指定以号码14，其基本上平行于表面11及x，y轴。
如果在其显影溶剂中从最初不溶解状态开始，由于例如紫外线的辐射效应而解聚变为溶解，则光致抗蚀剂定义为“正的”。
使用剥离抗蚀剂层61及传统正性光致抗蚀剂层60的所述技术，称为“双层”。
在步骤74(图5)，借助于设有窗口122的掩模13，对紫外线(UV)辐射进行光致抗蚀剂的曝光。光致抗蚀剂由于是正的，在对应于窗口122的区域26中解聚，因而受到辐射UV的轰击，然而其在掩模的不透明遮蔽区中的那些区域中仍保持不可溶解。
在后继步骤75中，光致抗蚀剂层60根据已知的技术显影，所述技术借助于溶剂去除只在区域26中被通过窗口122的紫外线(UV)辐射解聚的光致抗蚀剂：这样形成以边缘25为边界的空洞64。
同一溶剂比光致抗蚀剂60更大程度地溶解下面的剥离抗蚀剂61，因而产生子蚀刻22，其深度取决于显影时间。
图7所示为第一替代方案，根据该方案只产生单层抗蚀剂层60。在显影之后，这种情形下的空洞64’以壁15为边界。
考虑到UV辐射中的衍射和反射现象，光致抗蚀剂层60的解聚与平面x-y平行出现，到模具表面11附近有较大的程度，并到光致抗蚀剂表面14附近有较小的程度：因而壁15不平行于z轴，而是有一倒角β，按图7中所示符号约定为正。这一技术称为“单层”，并且成本低，但比双层可控制的精度低得多。
还有也是借助于图7所示的第二单层替代方案，根据这一方案，只产生光致抗蚀剂层60，然后对其以表面改良剂例如甲苯处理，这使得上表面14对溶剂有更大的抗蚀性：这样在显影之后，在同一光致抗蚀剂60中，产生有子蚀刻或有明显的正倒角β的壁15。该第二替代方案的成本及可控制性介于第一单层替代方案与双层技术之间。
在步骤76，在其中后者保持完整的表面14及通过步骤75所述的显影效应未被覆盖的表面11，例如进行金属的真空沉积。例如沉积采取“溅射法”或“电子束”过程的形式，这两者都是已知的，其结果是图8所示的子组件23，包括粘附到面11的第一沉积层(52，54)，其采取空洞64的几何形状并有效地构成外焊盘52和内焊盘54，以及粘附到表面14的第二沉积层16。在子蚀刻22上没有沉积层。
即使当采用单层技术时，由于有正的倒角β以及由于子蚀刻，在壁15上没有沉积层。
两个沉积层之间的这一分离对于后继的操作是重要的，并且由于实际上不可能产生有负性光致抗蚀剂的双层，因而这是选择正性光致抗蚀剂以产生层60的首要基本原因，然而如果选择有负性光致抗蚀剂的单层，则根据采用的符号约定倒角β将是负的，且空洞的壁将由沉积所覆盖。
沉积层52，54和16可以是金属的，或由非金属材料制成，诸如氧化物，氮化物，碳化物等。
如果沉积层52，54和16由金属制成，这些金属对于外焊盘52或内焊盘54可以是非反应型的，诸如钛、金或铂，或是用于焊接的金/锡80/20合金。这些合金一般根据已知的技术被沉积在组件金属的交替层：以适当的厚度之间的比产生各层，以赋予合金-一般是易溶的-正确的组成，并能够具有例如最大5μm的总厚度。
在以图9所示的步骤77，借助于熟悉本专业的人士所谓“剥离”过程去除正性光致抗蚀剂层60与剥离抗蚀剂层61。子组件23插入例如丙酮溶剂26，该溶剂通过边缘25及没有沉积层的子蚀刻22，穿过层60与61，并如箭头21所示溶解它们，将它们完全去除并使第二沉积层16自由，然后其被抛弃。
通过例如超声波清洗的机械动作，有助于该操作，并且该操作只能在正性光致抗蚀剂上进行：这是为什么对层60选择正性光致抗蚀剂的第二个基本原因。另一方面，如果要选择负性光致抗蚀剂，以现在的技术将不能进行剥离操作。
在选择单层技术时，这一步骤77以相同方式执行，因为溶剂可穿过也没有沉积层的壁15。
如图10所示在步骤77结束时子组件23完成，其中可看见模具51外焊盘52和内焊盘54。
然而这一过程有若干技术问题，现有将对这些技术问题进行说明。
当如图11截面所示，在模具51表面上制成蚀刻12时，例如为几十或几百μm厚度，这是一般在moems应用中为安装光纤所需，由于蚀刻12层60和61分布是不均匀的。
这在曝光和显影期间产生要被去除的画面的不完全确定，使得该过程实际上不能使用。
特别是蚀刻12可能达到几百μm深度D。此外，如果模具51由硅制成，蚀刻12常常通过根据硅的结晶轴进行的化学反应获得，形成两个壁20，其产生相对于x轴的角度α＝54.7°：因而蚀刻的宽度W：
W＝2D/tanα
例如如果蚀刻涉及到晶片厚度625μm大约一半，其达到深度大约300μm；这种情形下，W＝425μm，这宽度使得上述不均匀性非常严重。
此外，正性光致抗蚀剂的选择是由已说明的第一和第二个原因规定的，并且正性光致抗蚀剂层通常是以液态敷设的：这有利于对蚀刻局部沉积的均匀性。
还存在一个第二技术问题：一些次组件这中，诸如以moems技术制成的组件，蚀刻12必须在与包含其它薄膜的相同的表面上制成。如果蚀刻在薄膜沉积之后制成，则在硅上化学反应期间必须保护薄膜，如熟悉本专业人士所知，由于其使用KOH或TMAH在大约80°温度下达数小时，这是高度挑战性的。
因而，优选地在过程的开始在硅中进行蚀刻，例如通过带有SiO2掩模的已知过程，并在稍后时沉积和确定薄膜，但这样又产生了所述第一个问题。
发明内容
本发明的目的，是根据预定的几何形状，在有不规则表面特别由于蚀刻的芯片上有选择地沉积一层。
另一目的是有选择地在交替层中沉积炊钎焊料合金成分。
进一步的目的是在整个模具制造过程期间保持蚀刻干净清洁。
又另一目的是在特别是由于蚀刻具有不规则表面的模具上，以沉积均匀厚度层的正性光致抗蚀剂层。
以上目的是借助于有选择地覆盖微切削加工表面的方法实现的，其特征如在主权利要求中所定义。
附图说明
从以下作为非限制性例子并参照附图的优选实施例的说明，本发明的这些和其它目的，特征和优点将明显可见，其中：
图1表示光电子装置的轴侧视图；
图2示出根据已知的技术图1光电子装置的制造过程一部分的流程；
图3表示包含尚未分开的芯片的半导体材料的晶片；
图4表示没有蚀刻的模具截面视图，带有一层剥离抗蚀剂是一层正性光致抗蚀剂；
图5表示模具上正性光致抗蚀剂层的曝光；
图6表示光致抗蚀剂同一层的显影；
图7表示单层技术中光致抗蚀剂层的显影；
图8表示光致抗蚀剂层上以及在空洞中的沉积层；
图9表示光致抗蚀剂层的剥离；
图10表示所述过程结束时的子组件；
图11表示装有蚀刻的模具的截面视图，并根据已知的技术，其带有剥离抗蚀剂层与正性光致抗蚀剂层；
图12示出根据本发明带有蚀刻的光电子装置的制造过程的流程；
图13表示包含有蚀刻的芯片的半导体材料晶片；
图14表示带有蚀刻并带有负性光致抗蚀剂薄膜的模具的剖视图；
图15表示负性光致抗蚀剂薄膜的曝光；
图16表示负性光致抗蚀剂薄膜的显影；
图17表示应用剥离抗蚀剂与正性光致抗蚀剂层；
图18表示正性光致抗蚀剂层的曝光；
图19表示同一光致抗蚀剂层的显影；
图20表示按单层技术光致抗蚀剂层的显影；
图21表示光致抗蚀剂层上和空洞中的沉积层；
图22表示光致抗蚀剂层的剥离；
图23表示根据本发明在所述过程结束时的子组件。
具体实施方式
现在参照图12的流程图，限于本发明的制造所需的那些步骤，说明根据本发明的光电子装置的制造过程。
在步骤170获得晶片66’，其包含有蚀刻12的小方块55(图13)，如同一图13放大部分所示。在说明中假设，作为非限制性例子，模具55是硅，虽然同一模具还可由其它材料制成，诸如玻璃，水泥，或其它绝缘材料，或GaAs或其它半导体材料，或金属制成。
在步骤140，负性光致抗蚀剂薄膜30在模具55上扩散，如在图14截面视图中所见。膜30的厚度例如在5到30μm之间，并有足够的硬度以覆盖蚀刻12而不会在其上下陷。这样蚀刻12受到保护，并同时由于不与光致抗蚀剂接触而保持清洁。膜30的上表面由标号35指示。
如果在其显影溶剂之一中从可溶解状态开始，其通过辐射例如紫外线效应而聚合变为不可溶解的，则光致抗蚀剂称为“负的”。
在步骤141(图15)，借助于配有一窗口32的第一掩模31进行负性光致抗蚀剂膜30对紫外线(UV)辐射的曝光。窗口32延伸到蚀刻12之上以及围绕它的边界之上，例如达几十μm宽度。负的光致抗蚀剂，在对应于窗口32的区域27中聚合，因而被UV辐射轰击，然而保持在由掩模31的不透明部分遮蔽的区域中其保持解聚。
在后一步骤142，根据已知的技术进行负性光致抗蚀剂膜30的显影，所述技术借助于一种溶剂只去除在被解聚的区域中的膜(图16)：与区域27对应，保留以侧面34为边界的覆盖蚀刻12的覆盖33。由于UV辐射的衍射和反射现象，平行于X-Y平面发生膜30的聚合，在模具的面11附近达到较大的程度，并在膜的表面35附近达到较小的程度：因而侧面34不平行于z轴，而是有一锥度γ，根据图16中指示的符号约定为负。
在步骤171，类似于就已知技术已述的步骤71，在小方块55上敷设剥离抗蚀剂层161，例如如图17截面所示由Micro-Chem提供的LOR系列，其厚度例如在0.5与6μm之间。剥离抗蚀剂例如通常借助于称为旋转涂敷以液态敷设。
覆盖33的锥角γ促使剥离抗蚀剂更好的敷设及其更好的平坦。
在步骤172，类似于对于已知技术已述的步骤72，在剥离抗蚀剂161上敷设传统的正性光致抗蚀剂层160，其厚度例如在0.5和20μm之间，如同一图17所示。正性光致抗蚀剂通常也是例如借助于旋转涂敷以液态敷设。
光致抗蚀剂层160的上表面标以号码114，其基本平行于面11及x-y平面。
使用这一方法，由于有覆盖33，上表面114比已知技术的表面14更为规则，因而允许即使在蚀刻附近也可对空洞尺寸进行控制。
在步骤174，类似于对于已知技术已述的步骤74，借助于装有窗口122的掩模13进行正性光致抗蚀剂对紫外线(UV)辐射的曝光(图18)。作为正的光致抗蚀剂在对应于窗口122的区域26解聚，因而受到UV辐射的轰击，然而它在由掩模的不透明区域遮蔽的区域中保持不溶解。
类似于对于已知技术已述的步骤75，在后继步骤175，根据已知的技术使光致抗蚀剂层160显影，所述技术借助于溶剂只去除在由通过窗口122的紫外线(UV)辐射显影的区域26中的光致抗蚀剂，这样使得形成以边缘25为边界的空洞64。
相同的溶剂以比光致抗蚀剂160更大程度轰击在下面的剥离抗蚀剂161，这样产生子蚀刻22。
又在这种情形下，存在图20中所示的第一单层替代方案，根据该方案只产生单层光致抗蚀剂层160。空洞64’在这种情形下以壁15为边界，由于以上所述的UV辐射的衍射和反射现象，其呈现倒角β，根据图20指示的符号约定这是正的。
还存在也是以图20表示的第二单层替代方案，根据这一方案只产生光致抗蚀剂层160，然后以表面改良剂例如甲苯处理，其使得上表面114对溶剂更有抵抗性：这样在同一光致抗蚀剂160中，产生随后的显影，有子蚀刻的壁15或有更明显的正倒角β的壁。
在借助于图21解释并类似于对于已知技术已述的步骤76的步骤176中，在保持完整的表面114上，并在通过步骤175中所述的显影效应已揭开的表面11上，进行例如金属真空沉积。例如借助于均为已知的溅射法或电子束过程进行沉积，其结果是包括第一沉积层(52，54)的子组件24，其呈现与空洞64相同的几何形状，并有效地构成外焊盘52和内焊盘54，以及附着在表面114的沉积层116。另一方面，在子蚀刻22上没有层沉积。
即使选择单层技术，由于如果有任何正倒角β和子蚀刻，也不会有层沉积在壁15上。
沉积层52，54和116可以是金属的，或由非金属材料制成，诸如氧化物，氮化物，碳化物等。
如果沉积层52，54和116由金属制成，这些金属可以是非反应的，例如钛，金，或铂，以产生外焊盘52或内焊盘54，或金/锡80/20合金，以产生软焊。这些合金通常根据已知的技术沉积在组件金属的交替层中：各层以厚度之间适当的比例制成，以过程合金-一般是容易溶解的-正确的组成，并例如能够呈最大5μm的总厚度。
在步骤177中，其类似于对于已知技术已述并以图22说明的步骤77，正性光致抗蚀剂层160和剥离抗蚀剂层161借助于剥离过程而被去除。子组件24插入到溶剂36，例如丙酮，或更好是由Micro-Chem提供的Remover PG，其通过没有沉积层的边缘25和子蚀刻22，穿过层160和161，并溶解在由箭头21指示的方向进行的这些组件，完全消除它们，并释放抛弃进一步的沉积层116。该操作通过一种机械作用例如超声波清洗促成。
如果选择单层技术，以类似的方式执行这一步骤177，因为溶剂能够穿过也是没有沉积层的壁15。
在步骤143，例如借助于已知类型的等离子操作去除负性光致抗蚀剂的覆盖33。
在步骤143结束时，如图23所示的组件24完工，其中可以看到模具55，蚀刻12，外焊盘52与内焊盘54。

Claims (20)

1.一种用于在模具(55)上有选择地覆盖微机加工表面的方法，所述模具包括其中形成至少一个蚀刻(12)的上表面(11)，该方法的特征在于包括以下步骤：
-(140)在所述上表面(11)上敷设负性光致抗蚀剂膜(30)，所述膜(30)覆盖所述至少一个蚀刻(12)；
-(141)借助于覆盖所述至少一个蚀刻(12)的区域(27)上的第一掩模(31)，使所述负性光致抗蚀剂膜(30)对紫外线辐射(UV)曝光，使得所述膜(30)与所述区域(27)对应地聚合；
-(142)去除所述负性光致抗蚀剂膜(30)的非聚合部分，使得覆盖(33)与所述区域(27)对应地保持在所述至少一个蚀刻(12)上；
-(171)在所述模具(55)的所述上表面(11)及所述覆盖(33)上扩散一层剥离抗蚀剂(161)；
-(172)在所述剥离抗蚀剂层(161)上扩散一层正性光致抗蚀剂(160)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括以下步骤：
-(174)借助于包含至少一个窗口(122)的掩模(13)使所述正性光致抗蚀剂层(160)对紫外线(UV)曝光，使得所述层(160)对应于所述窗口(122)解聚；
-(175)去除所述正性光致抗蚀剂层(160)的解聚部分，使得获得至少一个空洞(64)。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述至少一个空洞(64)包括边缘(24)及子蚀刻(22)，所述正性光致抗蚀剂层(160)包括上表面(114)，所述方法还包括以下步骤：
-(176)在所述上表面(11)上敷设第一沉积层(52，54)，并在所述上表面(114)上进一步敷设沉积层(116)；
-(177)借助于通过所述边缘(24)和所述子蚀刻(22)起作用的溶剂去除所述正性光致抗蚀剂层(160)及所述剥离抗蚀剂层(161)，并把所述进一步抛弃沉积层(116)；
-(143)去除所述负性光致抗蚀剂膜(30)。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述第一沉积层(52，54)与所述进一步的沉积层(116)是金属的。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述第一沉积层(52，54)和所述进一步的沉积层(116)包括至少一层金或钛或铂。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述第一沉积层(52，54)和所述进一步的沉积层(116)包括至少一层金/锡合金。
7.根据权利要求3的方法，其特征在于，所述沉积层(52，54)和所述进一步的沉积层(116)包括非金属材料。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述非金属材料包括氧化物。
9.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述非金属材料包括碳化物。
10.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述非金属材料包括氮化物。
11.一种用于在模具(55)上有选择地覆盖微机加工表面的方法，所述模具包括其中形成至少一个蚀刻(12)的上表面(11)，该方法的特征在于包括以下步骤：
-(140)在所述上表面(11)上敷设一个负性光致抗蚀剂膜(30)，所述膜(30)覆盖所述至少一个蚀刻(12)；
-(141)借助于覆盖所述至少一个蚀刻(12)的区域(27)上的第一掩模(31)，使所述负性光致抗蚀剂薄膜(30)对紫外线辐射(UV)曝光，使得所述膜(30)与所述区域(27)对应地聚合；
-(142)去除所述负性光致抗蚀剂膜(30)的非聚合部分，使得覆盖(33)与所述区域(27)对应地保持在所述至少一个蚀刻(12)上；
-(172)在所述模具(55)的所述上表面(11)上及所述覆盖(33)上扩散正性光致抗蚀剂层(160)。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
-(174)借助于包含至少一个窗口(122)的掩模(13)使所述正性光致抗蚀剂层(160)对紫外线(UV)曝光，使得所述层(160)对应于所述窗口(122)解聚；
-(175)去除所述正性光致抗蚀剂层(160)的解聚部分，使得获得至少一个空洞(64’)。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述至少一个空洞(64’)包括壁(15)，所述正性光致抗蚀剂层(160)包括上表面(114)，所述方法还包括以下步骤：
-(176)在所述上表面(11)上敷设第一沉积层(53，54)，并在所述上表面(114)上进一步敷设沉积层(116)；
-(177)借助于通过所述壁(15)起作用的溶剂去除所述正性光致抗蚀剂层(160)，并抛弃所述进一步的沉积层(116)；
-(143)去除所述负性光致抗蚀剂膜(30)。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述第一沉积层(52，54)与所述进一步的沉积层(116)是金属的。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述第一沉积层(52，54)与所述进一步的沉积层(116)包括至少一层金或钛或铂。
16.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述第一沉积层(52，54)和所述进一步的沉积层(116)包括至少一层金/锡合金。
17.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述第一沉积层(52，54)和所述进一步的沉积层(116)由非金属材料制成。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述非金属材料包括氧化物。
19.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述非金属材料包括碳化物。
20.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述非金属材料包括氮化物。
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