專利名稱：一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造行業的掩模版制備技術領域，具體地說是一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的制備方法。
背景技術：
掩模版翻印技術作為圖形和文字轉移的一個重要媒介，廣泛應用于包括電子、微電子行業在內的多種行業領域。隨著技術、工藝的進步，該技術已發展到微米級別的高精度 掩模加工水平，并進一步向亞微米以及納米級的精度水平發展。目前，在半導體行業中主要是采用高成本的鉻材質的掩模版，通過紫外曝光光刻技術，實現微納器件的制備。且上述技術方案的實現，還需要多次的光刻步驟，并其使用大量昂貴且易造成環境污染的光刻膠、顯影液、去膠剝離液等一次性消耗品。此外，該方法對需要蒸鍍電極有苛刻的要求其一，上述方法對蒸鍍電極的材料以及制備的器件性能有一定的損害；其二，該方法不適用于有機半導體材料，無法通過光刻工藝實現基于有機半導體材料的微納器件的制備；其三，鉻掩膜版的基材一般為高純度的熔融石英，成本較高，其制作工藝主要有激光和電子束兩種圖形描繪方式，不管是哪種制造工藝都是一個復雜的高能耗的過程，其在保存、保養方面也需謹慎細致，因而從制造、使用到保存，鉻掩模版的成本都較聞。為解決上述技術難題，避免采用光刻工藝，現有的解決方法是采用傳統機械、激光加工的方法制作表面附有大量貫穿孔的金屬掩模版，直接用于電極的蒸鍍。但是，這種替代方案的弊端有一、該方案的金屬掩膜版的加工精度最高僅約100 ii m,遠低于鉻掩模版,遠遠不能滿足微納器件的制備要求；二、隨著掩膜版厚度、精度的提升，采用該方案的掩膜版的加工難度越大、廢品率劇增、成本越高；三、采用上述方案制作的掩膜版通常厚度大、質量重，在使用時可能需要額外的機械進行夾持固定，而在蒸鍍電極時需要高真空度的潔凈加工環境，額外的輔助設備越多越嚴重干擾實驗的精度。盡管也有人提出用激光飛秒切割的工藝進行免光刻掩膜版的制作，借此克服上述在加工精度上的難題，但是采用激光飛秒切割的成本極高，既不適合科研機構小規模理論實驗，也不滿足企業質檢、工藝等部門的小批量加工，因此需要發展一種確保精度與采用鉻掩模版的精度相當，但加工簡單、成本低廉的掩膜版與制造方法。

發明內容
針對現有技術所存在的制造精度與制造成本無法兼顧、應用范圍有限等上述不足，本發明提供一種制備方法簡單、成本低廉、易于實現的且可反復使用的一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法。其具體方法為
一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法，按如下步驟進行
I)將一片銅箔I的一側面粘附在熱剝離膠帶2上，在所述銅箔I的另一側面上旋涂一層正性光刻膠3，并通過紫外曝光的工藝方法在正性光刻膠3上進行光刻形成所需的電極圖形，將正性光刻膠3上的電極圖形區域清洗掉，使得與電極圖形區域相對應的銅箔I暴露出來；其中，所述熱剝離膠帶2確保在旋涂正性光刻膠3時，避免正性光刻膠3滲漏到銅箔I的背面影響后續刻蝕效果的目的；
2)將光刻有電極圖形的銅箔I浸泡在銅刻蝕液中；其中，銅箔I由熱剝離膠帶2覆蓋的一側不被銅刻蝕液刻蝕；銅箔I另一側暴露在銅刻蝕液中的區域被刻蝕掉；完成刻蝕后，在銅箔I的表面形成與電極圖形的形貌相同的貫穿孔4 ;在本步驟中，熱剝離膠帶2確保刻蝕液在刻蝕銅箔I時是單面刻蝕的；
3)將已刻蝕好但仍粘附有熱剝離膠帶2的銅箔I放在烘膠臺上烘烤，熱剝離膠帶2受熱后粘性下降，直至銅箔I自熱剝離膠帶2上釋放下來；將釋放下來的銅箔I去除正性光刻膠3即制備出蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版；
在本發明中，熱剝離膠帶2還起到保持銅箔I結構完整性的作用。所述熱剝離膠帶2進行熱剝離時的烘烤溫度為90°C -150°C。所述銅箔I的厚度為9 V- m-35 U m。所述銅刻蝕液為過硫酸銨溶液、氯化鐵溶液或硫酸銅鹽酸的水溶液。所述過硫酸銨溶液的濃度為0. 05mol/L-lmol/L,所述氯化鐵溶液的濃度為0. 05mol/L-l. 5mol/L,所述硫酸銅鹽酸的水溶液的配比為硫酸銅鹽酸去離子水=IOg:50ml:50ml。所述光刻圖形為呈陣列排列的電極圖形單元；所述電極圖形單元由兩個電極圖形組成，相鄰電極圖形之間的分辨率不小于10 Pm，即兩個相鄰電極圖形之間的最小距離值H不小于10 u m。本發明的有益效果體現在
1、本發明所涉及的銅箔掩模版為通過光刻工藝實現的鉻掩模版的復制版，將其直接覆蓋在目標基底上蒸鍍金屬，實現所需電極圖形的制備，省去了涂膠、光刻、顯影、去膠等一系列工藝過程，大大減少了工藝過程對材料以及器件性能的不利影響，對于無法通過光刻工藝實現器件制備的材料，提供了一個類光刻的解決途徑；
2、該銅箔掩模版在精度上和鉻掩模版的精度相當，遠遠高于傳統的金屬掩模版，綜合了光刻所用鉻掩模版和直接蒸鍍電極的金屬掩模版的優點。由于掩膜版是用于半導體微納米尺度領域，普通的激光灼燒或機械切割的方法，所加工出來的掩膜版的圖形邊緣是粗糙的、呈鋸齒狀的，且圖形邊緣的附近區域由于激光灼燒或器械磨削的緣故變的崎嶇不平或附著有不易清理的顆粒，導致采用上述方法制備的掩膜版在使用時，與需要蒸電極的器件表面無法緊密貼合，從而使得制備的電極存在虛影、重影、薄厚不一等問題。而本發明所制備出來的掩膜版邊緣完整、清晰，通過本方法制備出的掩膜版制作出的電極邊界清晰、電極所在區域沉積厚實、一致性良好；
3、本發明所涉及的銅箔掩模版可以看作是鉻掩模版的復制版，其成本低廉、制備工藝簡單、可以重復使用，通過一次鉻掩模版的掩膜、曝光光刻，即可實現多次微納器件電極的制備，因而減少了鉻掩模版的使用次數，降低了清潔和保養的次數，減少了掩模版損耗的機會，這就相當于延長了鉻掩模版的壽命，降低了成本；
4、本發明所制備的銅箔掩模版厚度薄、重量輕，一方面有效減少因掩膜版厚度而導致的電極精度的影響；另一方面本發明制備出的銅箔掩模版重量極輕，可用真空膠帶直接固定在實驗臺上進行使用，有效避免增加額外的夾持設備，確保實驗的精度；
5、與現有技術的掩膜版相比，本發明制備出的掩膜版的加工精度高，分辨率與采用復雜昂貴的鉻掩模版相當，遠超過采用普通機械或激光加工的掩膜版；制造費用與飛秒激光工藝相比極低，成本約為后者的1/10 ;制備耗時短，效率是現有慣用方法的3 10倍、且操作簡單，適合實驗室、企業等小批量的加工與測試使用。


圖I是本發明旋涂正性光刻膠3后的示意圖。圖2是對圖I中的正性光刻膠3進行紫外曝光后的示意圖。圖3是對圖2已紫外曝光的正性光刻膠3進行顯影后的示意圖。
圖4是將經過光刻顯影后且附有熱剝離膠帶2的銅箔I放入銅刻蝕液中刻蝕后的示意圖。圖5是去掉熱剝離膠帶2后的示意圖。圖6是去膠后的銅箔I掩膜版示意圖。圖7是按實施例I的步驟制備的實物照片。圖8是采用圖7所示銅箔掩模版制備的方塊銀電極的顯微鏡照片。圖9是按實施例2的步驟制備的實物照片。圖10是采用圖9所示銅箔掩模版制備的方塊銀電極的顯微鏡照片。圖中序號為銅箔I、熱剝離膠帶2、光刻膠3、貫穿孔4、硅片5、接觸電極6。
具體實施例方式下面結合附圖詳細描述本發明方法。實施例I
參見圖1，將潔凈的25微米厚的銅箔I裁出3cm*4cm大小的面積，粘附在稍大面積的單面熱剝離膠帶2上，均勻旋涂正性光刻膠3;參見圖2至圖3，利用方塊形鉻掩模版進行紫外曝光并顯影，光刻出方塊電極圖形，每對電極之間的距離為300i!m。參見圖4，將銅箔I浸泡在0. 5mol/L的過硫酸銨溶液中，20分鐘后取出；參見圖5，然后將刻蝕好的粘附在熱剝離膠帶2的銅箔I放在加熱的烘膠臺上使銅箔I從熱剝離膠帶2上釋放下來；參見圖6和圖7，去膠后即可得到可直接使用的鉻掩模版圖形的銅箔掩模版，如圖7顯微鏡照片所示，本發明制備的掩膜版上的貫穿孔4整齊、均勻，貫穿孔4的輪廓光滑無鋸齒、掩膜版的表面光滑無凸凹起伏。然后，將制備好的銅箔掩模版覆蓋在預先清洗干凈的帶有氧化層的硅片5上，利用電子束蒸發技術蒸鍍上50nm厚的金屬Ag，作為接觸電極6，完成后的顯微鏡照片如圖8所示，從照片可見制備出的電極輪廓清晰、完整，厚度均一。另外，照片中十字圖形為計數和對準用的；
其中，h是相鄰兩個接觸電極6之間的最小分辨率；相鄰兩個接觸電極6之間的最小分辨率h等于相鄰兩個電極圖形之間的最小分辨率H。實施例2
參見圖I至圖3，將裁出的4cm*4cm大小、20微米厚的銅箔I粘附在面積稍大的熱剝離膠帶2上，均勻旋涂正性光刻膠3后，利用長方形鉻掩模版進行紫外曝光并顯影，光刻出長方形電極圖形，每對電極之間的距離為30 iim。參見圖4，利用lmol/L的氯化鐵溶液將曝光部分的銅刻蝕掉，15分鐘后，取出；參見圖5至圖6，將刻蝕好的粘附在熱剝離膠帶2的銅箔I放在加熱的烘膠臺上使銅箔I從熱剝離膠帶2上釋放下來，去膠后即可得到圖9所示的可直接使用的鉻掩模版圖形的銅箔掩模版，該掩膜板厚度薄、結構輕、掩膜板上的貫穿孔4外緣清晰、光滑、無顆粒或凸凹起伏。然后，將掩模版覆蓋在預先清洗干凈的帶有氧化層的硅片5上，利用電子束蒸發技術蒸鍍上50nm厚的金屬Cu，作為接觸電極6，完成后的顯微鏡照片如圖10所示，用本方法掩膜版制備出的微納米尺度的電極邊緣輪廓光滑、完整、電極厚度均勻；h是相鄰兩個接觸電極6之間的最小分辨率，h=H。實施例3
參見圖I至圖3，將25微米厚的銅箔I裁出3cm*3cm大小的面積，粘附在稍大面積的單面熱剝離膠帶2上，均勻旋涂正性光刻膠3后，利用方塊形鉻掩模版進行紫外曝光并顯影，光刻出方塊電極圖形，每對電極之間的距離為300 Pm。參見圖4至圖5，將銅箔I浸泡在硫酸銅鹽酸的水溶液中，硫酸銅鹽酸的水溶液的配比為硫酸銅鹽酸去離子水 =IOg: 50ml: 50ml, 10分鐘后取出，然后將刻蝕好的粘附在熱剝離膠帶2的銅箔I放在加熱的烘膠臺上使銅箔I從熱剝離膠帶2上釋放下來，去膠后即可得到如圖6所示的可直接使用的鉻掩模版圖形的銅箔掩模版。
權利要求
1.一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于，按如下步驟進行 1)將一片銅箔(I)的一側面粘附在熱剝離膠帶(2)上，在所述銅箔(I)的另一側面上旋涂一層正性光刻膠(3)，并通過紫外曝光的工藝方法在正性光刻膠(3)上進行光刻形成所需的電極圖形，將正性光刻膠(3)上的電極圖形區域清洗掉，使得與電極圖形區域相對應的銅箔(I)暴露出來；其中，所述熱剝離膠帶(2)確保在旋涂正性光刻膠(3)時，避免正性光刻膠(3)滲漏到銅箔(I)的背面影響后續刻蝕效果的目的； 2)將光刻有電極圖形的銅箔(I)浸泡在銅刻蝕液中；其中，銅箔(I)由熱剝離膠帶(2)覆蓋的一側不被銅刻蝕液刻蝕；銅箔(I)的另一側暴露在銅刻蝕液中的區域被刻蝕掉；完成刻蝕后，在銅箔(I)上形成與電極圖形的形貌相同的貫穿孔(4);在本步驟中，熱剝離膠帶(2)確保刻蝕液在刻蝕銅箔(I)時是單面刻蝕的； 3)將已刻蝕好但仍粘附有熱剝離膠帶(2)的銅箔(I)放在烘膠臺上烘烤，熱剝離膠帶(2)受熱后粘性下降，直至銅箔(I)自熱剝離膠帶(2)上釋放下來；將釋放下來的銅箔(I)去除正性光刻膠(3)即制備出蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版； 在本方法中，熱剝離膠帶(2)還起到保持銅箔(I)結構完整性的作用。
2.如權利要求I所述一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于所述熱剝離膠帶(2)進行熱剝離時的烘烤溫度為90°C _150°C。
3.如權利要求I所述一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于所述銅箔(I)的厚度為9 u m-35 u m。
4.如權利要求I所述一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于所述銅刻蝕液為過硫酸銨溶液、氯化鐵溶液或硫酸銅鹽酸的水溶液。
5.如權利要求4所述一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于所述過硫酸銨溶液的濃度為0. 05mOl/L-lmOl/L，所述氯化鐵溶液的濃度為0. 05mol/L-1. 5mol/L,所述硫酸銅鹽酸的水溶液的配比為硫酸銅鹽酸去離子水=IOg: 50ml: 50ml。
6.如權利要求I所述一種制備蒸鍍電極用的免光刻高精度掩模版的方法，其特征在于所述光刻圖形為呈陣列排列的電極圖形單元；所述電極圖形單元由兩個電極圖形組成，相鄰電極圖形之間的分辨率不小于10 u m,即兩個相鄰電極圖形之間的最小距離值H不小于10 y m。
全文摘要
針對現有蒸鍍電極用掩膜版或加工成本高或精度差的不足，本發明公開了蒸鍍電極的免光刻高精度銅箔掩模版的制備方法，是在銅箔表面旋涂正性光刻膠，通過紫外曝光工藝，在銅箔上形成所需的電極圖形，然后將此銅箔放入銅刻蝕液中，在光刻膠的保護下刻蝕出所光刻的圖形，去膠即可完成銅箔掩模版的制備。該銅箔掩模版可直接用于蒸鍍電極使用，免去了器件制備中的多步光刻工藝，避免了光刻過程可能對材料以及器件性能造成的不利影響。本發明制備方法簡單易行，穩定可靠，可以應用到各種微納米尺寸器件電極的制備。
文檔編號C23C14/04GK102978567SQ20121055933
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者吳春艷, 張梓晗, 吳義良, 呂鵬, 羅林保, 王莉, 于永強, 揭建勝 申請人:合肥工業大學