[发明专利]一种柔性紫外-可见光掩模的制备方法

说明书

技术领域；

本发明涉及一种柔性紫外-可见光掩模(soft surface UV-visible photomask)制备方法。更具体而言，本发明涉及一种由全透明有机/无机杂化膜制成并具有图案化表面的用于材料表面微图案化，如微电子机械、微分析系统、组合阵列及细胞克隆等所需的微米级柔性紫外-可见光掩模及其制造方法。

背景技术：

近年来随着信息技术、生物技术、材料科学等领域的飞速发展，人们迫切需要快速价廉的制备微图案化技术。传统手段上的微图案化是运用光刻技术，而代表光刻技术的电路制程精度以最小线宽越来越小为标志，但在许多其它领域，如微电子机械、微分析系统、组合阵列及细胞克隆等领域所需的特征尺寸大约在1-500μm，如使用光刻这种传统的方法由于其高投入低产出会成为制约其发展的瓶颈。

在集成电路(IC)，或芯片制造中，代表芯片的不同层的图案在一系列可重复使用的光掩模上产生，并由此在制造工艺过程中将每个芯片层的设计转移到半导体衬底上。掩模类似于照相底片使用以将每层的电路图案转移到半导体衬底上。这些层使用一系列的工序形成并转移到小型晶体管和由每个完整芯片组成的电路中。因此，在极大规模集成电路生产制作流程中，最前沿、最关键部分是光掩模。光掩模是集成电路设计知识产权的载体，是半导体芯片制程过程中必不可少的“模具”。一套光掩模可复制出成千上万的芯片，其品质决定了半导体芯片的先进程度。

光掩模通常包括具有沉积在其上的不透明的吸光层。传统的光掩模典型地包括在一侧上具有铬层的玻璃或衬底。铬层用抗反射涂层和光敏光刻胶覆盖。在构图工艺期间，通过将光刻胶曝光于电子束或紫外光，从而使所曝光部分在显影液中溶解，电路设计印在光掩模上，随后去除光刻胶的可溶解部分，允许刻蚀所暴露的下层铬和抗反射层。因此，传统的光掩模都是硬质掩模，需要复杂昂贵的光刻设备及苛刻的实验条件，操作过程也十分繁琐。

此外，上述技术也不能应用于柔性基板，只能在平面上制造微图案，无法在曲面上进行微结构的制造，不能制造三维微结构。只能采用有限的几种物质作为光刻胶，光刻主要适用于半导体材料而不能应用于玻璃、塑料等材料。不能在微图案表面引入特殊官能团等。同时由于是硬质光掩模，使其与光致抗蚀剂层之间的接触也不完全，由此也降低了分辨率。

在微制造领域，打印技术最早始于打印电极(Gans B D，Duineveld P C，Schubert U S.Adv.Mater.2004，16：203)，而打印掩模最早始于1996年(Qin D，Xia Y N，Whitesides G M.Adv.Mater.1996，8：917)，由Whitesides小组使用类似打印技术laser assisted image-setting系统，用黑色的固态墨水作吸光层将CAD设计好的图案打印在透明的有机薄膜表面形成光掩模，其最小线宽大于20微米。该方法由于有机薄膜自身的柔韧性可用于曲面、掩模薄可将两个或多个掩模组合形成多种图案。但其缺点线边缘比较粗糙。1999年(Tao Deng，loeTien，BingXU，Whitesides G M.Langmuir.1999，15：6575)，Whitesides小组对上述方法作了更进一步的改进，用上述方法打印出250微米的图案，再使用缩微技术将上述图案缩小25倍于缩微胶片上(microfiche)，其最小线宽可达10微米。其使用的吸光层是银粒子。这种该方法对线边缘粗糙度作了进一步的改进，但任不是很精确。2003年(Linder V，Wu H K，Jiang X Y，Whitesides G M.Anal.Chem.2003，75：2522)，Whitesides小组为了进一步减小尺寸及提高精度，使用激光辅助的照片打印方法(photoplotting)，其精度是20000dots/in，用卤化银粒子作吸光层，将用CAD设计好的图案打印在透明性光敏性薄膜上形成光掩模。其最小线宽为8微米。2000年(Tao D，Wu H K，Brittain S T，Whitesides GM.Anal.Chem.2000，72：3176)，Whitesides小组为了进一步降低成本，Whitesides小组直接使用普通办公室打印机将Freehand设计好的图案打印在一张纸上(paper)，然后用两种缩微技术：一种使用特殊照相机将图案缩微至柯达薄膜上；另一种就是使用上1999年文献提到的缩微技术将图案缩微到缩微胶片上，其最少线宽可达15微米。2008年(C.-H Lin H，Yang F Y，Chang S H，Chang M T Yen.Microsyst.Technol.2008，14：1263)，C.-H.Lin等通过在基底表面先涂布一层UK005光敏胶，然后再通过喷墨打印机在光敏层打印用CAD设计好的掩模图案，然后通过紫外光爆光，将爆光区域刻蚀掉并用溶剂清洗掉打印墨水从而形成掩模。其最少线宽可达70um，这种掩模可用来制造微流道等领域。该方法由于仅使用了喷墨打印机结合光刻蚀技术来实现光掩模的制造，因此成本较为低廉，在普通实验室有很广泛的应用前景。