超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法
【专利摘要】本发明提供一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法，通过使用紫外敏感正性光刻胶作为粘结剂将超薄石英基片与承载基片抛光面粘接形成临时键合体，然后在超薄石英基片上表面进行薄膜电路图形的光刻和刻蚀。采用上述方案，工艺简单易行，成本低廉，良品率高；超薄石英基片的取放使用真空笔吸附，避免人为损坏基片带来废品；该支撑基片还可重复利用，适合批量生产。
【专利说明】超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于毫米波、亚毫米波集成电路制造【技术领域】，尤其涉及的是一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法。
【背景技术】
[0002]石英基片作为太赫兹频段部件普遍采用的电路基材，材料选择高纯度的各向同性熔融石英，原因在于在数百GHz频带内石英的介电常数较为稳定，损耗低于目前微波毫米波频段基板材料，其热和机械性能也较为稳定。石英基片上薄膜电路图形通常采用半导体集成电路工艺的大基片、多单元方式制备，加工精度可达微米级别，然而石英基片在高频应用的主要限制为基片厚度。
[0003]选择厚度< 50 μ m的石英作为THz频段部件的薄基板材料，平面外形可为方形或圆形。由于厚度< 50 μ m的石英基片具有超薄、易碎等特点，在其上制作具有精细线宽的薄膜电路就变得异常困难。光刻、刻蚀工艺是加工薄膜电路图形结构的关键技术，它的成功与否，直接关系到薄膜电路制作的成败，并影响后续的电镀、划片等工序。在完成清洗并形成金属化薄膜的基片上光刻刻蚀电路图形时，要依次经过匀胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀、去月父、检验等一系列复杂工序，再加上厚度< 50 μ m的石英基片在材料和基片尺寸上具有的特殊性，若采用常规厚度基板(如基片厚度> 0.1mm)上的操作方法光刻蚀薄膜电路图形时，制作的具有精细线宽的薄膜电路的成品率几乎为零。
[0004]目前超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法为采用电路衬底背面减薄技术来实现。典型的工艺流程包括:首先在一厚石英基片(称为器件衬底)上表面完成器件加工，形成薄膜电路图形，步骤包括基片清洗、真空沉积金属薄膜、光刻和刻蚀，接下来将承载衬底和/或器件衬底旋转涂覆一层键合粘合剂，然后将两块衬底临时键合形成粘合体并转移至键合腔，小心地置于键合腔中央，提高温度后在真空中进行键合。临时键合后，对该衬底叠层进行背面加工，包括减薄至目标厚度、金属化等，然后再将形成薄膜电路图形的超薄石英基片从承载衬底上剥离下来。
[0005]但是上述方法的最大缺点是在超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形所用临时键合机、抛光机和临时解键合机等必备辅助设备价格昂贵且工艺复杂，用到的临时键合材料选择面受限度较大。
[0006]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法，其中，包括以下步骤:
[0010]步骤101:将超薄石英基片双面抛光并将其设置形成金属薄膜，设置承载基片的至少一面为抛光面；
[0011]步骤102:将超薄石英基片的金属薄膜表面朝上，超薄石英基片的另一面与承载基片的抛光面通过光刻胶粘接形成一临时键合体；
[0012]步骤103:经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影和后烘后，在超薄石英基片的金属薄膜上形成抗蚀剂图形；
[0013]步骤104:将抗蚀剂图形通过湿法刻蚀或干法刻蚀后传递到金属薄膜上；
[0014]步骤105:去除光刻胶，并将临时键合体分离，得到一形成薄膜电路图形的超薄石
英基片。
[0015]所述的方法，其中，所述步骤101中，所述超薄石英基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，厚度为30 μ m-50 μ m,平面尺寸为10_X 10mm_76_X 76mm。
[0016]所述的方法，其中，所述步骤101中，所述设置形成金属薄膜的超薄石英基片表面为单面或双面；双面金属薄膜材料设置相同或不同。
[0017]所述的方法，其中，所述步骤101中，所述承载基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，平面尺寸大于或等于超薄石英基片尺寸，厚度为0.254mm-0.65mm，材料为纯度99.6%-100%的氧化铝基片或纯度98%的氮化铝基片或蓝宝石基片或石英基片。
[0018]所述的方法，其中，所述步骤102中，所述形成一临时键合体的方法为:在承载基片上涂覆一层光刻胶湿膜，将石英基片薄膜金属化表面朝上通过真空笔吸附迅速放置在所述承载基片的光刻胶湿膜上，然后在80-90°C温度下干燥10分钟或110°C温度下干燥5分钟。
[0019]所述的方法，其中，所述步骤102和103中，所述光刻胶为紫外敏感正性光刻胶，所述涂覆光刻胶方法为旋转涂覆法或喷雾式涂布法。
[0020]所述的方法，其中，所述步骤104中，所述湿法刻蚀为采用湿法腐蚀工艺将光刻胶图形转移至超薄石英基片待光刻和刻蚀的金属薄膜上，金属薄膜种类及层数根据器件性能要求决定；腐蚀液选择对应腐蚀金属薄膜材料，设置每一种金属腐蚀液只能腐蚀对应金属，而对于抗蚀剂及其它金属膜层不发生反应。
[0021]所述的方法，其中，所述步骤105中，所述去除光刻胶并将临时键合体分离的方法为:先使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，将抗蚀剂图形去除干净，并将承载基片和形成薄膜电路图形的超薄石英基片分离，然后将形成薄膜电路图形的超薄石英基片用去离子水清洗干净，干燥。
[0022]采用上述方案可以达到以下有益效果:
[0023]1、通过使用紫外敏感正性光刻胶作为粘结剂将超薄石英基片与承载基片抛光面粘接形成临时键合体，然后在超薄石英基片上进行薄膜电路图形的光刻和刻蚀，工艺简单易行，成本低廉，良品率闻;
[0024]2、超薄石英基片通过粘结剂与承载基片形成临时键合体后，使用常规微波薄膜混合集成电路基片所用工装夹具即可实现，无需定做专用光刻刻蚀夹具和辅助设备，而且该粘接剂与光刻蚀薄膜电路图形用光刻胶可为同一种紫外敏感正性光刻胶材料，可有效地降低成本；
[0025]3、粘结用光刻胶是软材料，均匀涂布于支撑基片表面，可根据粒子变形，最终靠热固化，这就使得与承载基片抛光面键合牢固，有较少的空位问题，而且临时粘接并固化光刻胶的温度低，在100°c左右，可以容忍一些粒子的污染，图形光刻蚀完成后使用丙酮浸泡很容易将两者分离；
[0026]4、工艺实现过程中超薄石英基片的取放使用真空笔吸附，避免人为损坏基片带来废品；该支撑基片还可重复利用，适合批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法的流程图。
[0028]图2a_图2d分别为本发明的一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法的一个实施例的工艺示意图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0030]如图1所示，本发明提供的一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法包括以下步骤:
[0031]步骤101:将超薄石英基片双面抛光并将其设置形成金属薄膜，设置承载基片的至少一面为抛光面；
[0032]步骤102:将超薄石英基片的金属薄膜表面朝上，超薄石英基片的另一面与承载基片的抛光面通过光刻胶粘接形成一临时键合体；
[0033]步骤103:经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影和后烘后，在超薄石英基片的金属薄膜上形成抗蚀剂图形；
[0034]步骤104:将抗蚀剂图形通过湿法刻蚀或干法刻蚀后传递到金属薄膜上；
[0035]步骤105:去除光刻胶，并将临时键合体分离，得到一形成薄膜电路图形的超薄石
英基片。
[0036]上述步骤101中，所述超薄石英基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，厚度为 30 μ m-50 μ m,平面尺寸为 10mmX 10mm-76mmX 76mm。
[0037]上述步骤101中，所述设置形成金属薄膜的超薄石英基片表面为单面或双面；双面金属薄膜材料设置相同或不同。
[0038]上述步骤101中，所述承载基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，平面尺寸大于或等于超薄石英基片尺寸，厚度为0.254mm-0.65mm，材料为纯度99.6%-100%的氧化铝基片或纯度98%的氮化铝基片或蓝宝石基片或石英基片。
[0039]上述步骤102中，所述形成一临时键合体的方法为:在承载基片上涂覆一层光刻胶湿膜，将石英基片薄膜金属化表面朝上通过真空笔吸附迅速放置在所述承载基片的光刻胶湿膜上，然后在80-90°C温度下干燥10分钟或110°C温度下干燥5分钟。
[0040]上述步骤102、103中，所述光刻胶为紫外敏感正性光刻胶，所述涂覆光刻胶方法为旋转涂覆法或喷雾式涂布法。
[0041]上述步骤104中，所述湿法刻蚀为采用湿法腐蚀工艺将光刻胶图形转移至超薄石英基片待光刻和刻蚀的金属薄膜上，金属薄膜种类及层数根据器件性能要求决定；腐蚀液选择对应腐蚀金属薄膜材料，设置每一种金属腐蚀液只能腐蚀对应金属，而对于抗蚀剂及其它金属膜层不发生反应。[0042]上述步骤105中，所述去除光刻胶并将临时键合体分离的方法为:先使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，将抗蚀剂图形去除干净，并将承载基片和形成薄膜电路图形的超薄石英基片分离，然后将形成薄膜电路图形的超薄石英基片用去离子水清洗干净，干燥。
[0043]基于图1中的本发明的一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法的流程图，进一步如图2a_图2d所示，提供一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法。
[0044]将超薄石英基片待光刻刻蚀金属薄膜表面朝上，采用旋转涂布BP-218型正性光刻胶(粘度60mPa.s)的方法将背面与承载基片抛光面胶粘接形成一临时键合体，进而实现在超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的制作。
[0045]首先提供一表面形成金属薄膜的圆形超薄石英基片2和一正方形承载基片4。超薄石英基片2特征为双面抛光，厚度为50 μ m,直径为25.4mm。超薄石英基片2双面分别形成金属薄膜3和8，超薄石英基片2上的金属薄膜3和8均为TiW/Au薄膜，通过磁控溅射方法制备，TiW、Au薄膜厚度分别为50nm和200nm。承载基片4双面抛光，材料为石英，平面尺寸为 25.4mm X 25.4mm,厚度为 0.25mm。
[0046]如图2a所示，将该超薄石英基片2待光刻刻蚀金属薄膜3表面朝上，背面金属薄膜8与该承载基片4的抛光面通过光刻胶5粘接形成一临时键合体。具体方法为:在承载基片4上旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶湿膜，匀胶转速6000rpm，匀胶时间为30s，然后将该超薄石英基片2上的金属薄膜3表面朝上，通过真空笔吸附迅速将其放置在承载基片4的正性光刻胶湿膜上，接下来在110°C热板内干燥5min提高粘附力。
[0047]如图2b所示，为在该临时键合体超薄石英基片2上表面得到抗蚀剂图形6的示意图。在临时键合体超薄石英基片2的金属薄膜3表面上旋转涂布一层BP-218型正性光刻胶，匀胶转速6000rpm，匀胶时间为30s，然后在90°C恒温干燥箱中前烘lOmin，采用紫外线接触式曝光，曝光时将掩膜版的胶膜面朝下，光强6mW/cm2，曝光时间15s，曝光完后使用显影液显影，室温下显影40s，经过去离子水漂洗15s后，用氮气吹干，再在120°C恒温干燥箱中后烘20分钟。经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影和后烘一系列步骤，就在该临时键合体超薄石英基片2的金属薄膜3上表面得到抗蚀剂图形6。
[0048]如图2c所示，为将抗蚀剂图形通过湿法腐蚀传递到金属薄膜3上后的示意图。先用碘-碘化钾溶液在室温下腐蚀Au薄膜20s，腐蚀干净后，再使用双氧水在室温下腐蚀TiW薄膜100s，则在该临时键合体超薄石英基片2的金属薄膜3上表面重现与光刻胶相同的电路图形。由于在该临时键合体超薄石英基片2的四条侧棱和背面有光刻胶的保护作用，不会对超薄石英基片2的背部金属薄膜8造成腐蚀。
[0049]如图2d所示，去除光刻胶并将该临时键合体分离，得到一形成电路图形7的超薄石英基片2。具体方法为:先使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，不但能将光刻、刻蚀用光刻胶去除干净，而且能顺利将承载基片4和表面形成电路图形7的超薄石英基片2分离，然后将表面形成电路图形7的超薄石英基片2用去离子水清洗干净，干燥，即完成在超薄石英基片上光刻、刻蚀薄膜电路图形的制作。
[0050]综上所述，本发明的一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法，通过使用紫外敏感正性光刻胶作为粘结剂将超薄石英基片与承载基片抛光面粘接形成临时键合体，然后在超薄石英基片上表面进行电路图形的光刻和刻蚀，工艺简单易行，成本低廉，良品率高；超薄石英基片通过粘结剂与承载基片形成临时键合体后，使用常规微波薄膜混合集成电路基片所用工装夹具即可实现，无需定做专用光刻刻蚀夹具和辅助设备，而且该粘接剂与光刻蚀薄膜电路图形用光刻胶可为同一种紫外敏感正性光刻胶材料，可有效地降低成本；粘结用光刻胶是软材料，均匀涂布于支撑基片表面，可根据粒子变形，最终靠热固化，这就使得与承载基片抛光面键合牢固，有较少的空位问题，而且临时粘接并固化光刻胶的温度低，在100°c左右，可以容忍一些粒子的污染，图形光刻蚀完成后使用丙酮浸泡很容易将两者分离；工艺实现过程中超薄石英基片的取放使用真空笔吸附，避免人为损坏基片带来废品；该支撑基片还可重复利用，适合批量生产。
[0051]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于超薄石英基片上光刻刻蚀薄膜电路图形的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤101:将超薄石英基片双面抛光并将其设置形成金属薄膜，设置承载基片的至少一面为抛光面； 步骤102:将超薄石英基片的金属薄膜表面朝上，超薄石英基片的另一面与承载基片的抛光面通过光刻胶粘接形成一临时键合体； 步骤103:经过涂覆光刻胶、前烘、曝光、显影和后烘后，在超薄石英基片的金属薄膜上形成抗蚀剂图形； 步骤104:将抗蚀剂图形通过湿法刻蚀或干法刻蚀后传递到金属薄膜上； 步骤105:去除光刻胶，并将临时键合体分离，得到一形成薄膜电路图形的超薄石英基片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤101中，所述超薄石英基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，厚度为30 μ m-50 μ m，平面尺寸为10mmX 10mm-76mmX 76mm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤101中，所述设置形成金属薄膜的超薄石英基片表面为单面或双面；双面金属薄膜材料设置相同或不同。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤101中，所述承载基片形状为圆形、长方形、正方形或不规则形状，平面尺寸大于或等于超薄石英基片尺寸，厚度为0.254mm-0.65mm,材料为纯度99.6%-100%的氧化铝基片或纯度98%的氮化铝基片或蓝宝石基片或石英基片。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤102中，所述形成一临时键合体的方法为:在承载基片上涂覆一层光刻胶湿膜，将石英基片薄膜金属化表面朝上通过真空笔吸附迅速放置在所述承载基片的光刻胶湿膜上，然后在80-90°C温度下干燥10分钟或110°C温度下干燥5分钟。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤102和103中，所述光刻胶为紫外敏感正性光刻胶，所述涂覆光刻胶方法为旋转涂覆法或喷雾式涂布法。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤104中，所述湿法刻蚀为采用湿法腐蚀工艺将光刻胶图形转移至超薄石英基片待光刻和刻蚀的金属薄膜上，金属薄膜种类及层数根据器件性能要求决定；腐蚀液选择对应腐蚀金属薄膜材料，设置每一种金属腐蚀液只能腐蚀对应金属，而对于抗蚀剂及其它金属膜层不发生反应。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤105中，所述去除光刻胶并将临时键合体分离的方法为:先使用丙酮在室温下超声波处理10分钟，将抗蚀剂图形去除干净，并将承载基片和形成薄膜电路图形的超薄石英基片分离，然后将形成薄膜电路图形的超薄石英基片用去尚子水清洗干净，干燥。
【文档编号】H01L21/683GK103633004SQ201310589287
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】曹乾涛, 路波, 王斌, 宋振国, 胡莹璐, 孙建华, 龙江华, 邓建钦 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所