[发明专利]一种基于负性光刻胶的扩散片光刻工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域、微机电系统（MEMS）领域和集成光学领域的光刻工艺方法，特别涉及一种基于负性光刻胶的扩散片光刻工艺方法，更确切的说是一种同时使用扩散片和掩膜板作为光刻掩膜的负性光刻胶光刻工艺方法。

背景技术

光刻技术在集成光电子器件制造中起着举足轻重的作用。光刻工艺通常指采用照相复印的方法将光刻掩模的图形精确地复印到涂有待刻蚀材料表面的光刻胶上面。光刻在集成光学器件、MEMS制造和集成电路芯片（lC）工艺制造过程中占据着举足轻重的地位，光刻已被广泛认为是在批量制造微纳结构和器件的关键技术之一，是大规模制造微纳结构和器件的主要途径。

目前常规光刻工艺都是采用传统的微电子加工工艺制作，用于制备微结构器件、波导等，这些光刻微结构往往具有整齐清晰的边角，其3D表面通常为长方体形或多面体形，上表面和下表面图形一致。不过，随着集成光学技术和MEMS技术应用的发展，需要制作更复杂形状和结构的微型器件，尤其是具有特定曲面特征的微结构或微器件(如微透镜)，即微结构的上下表面有显著的不同。传统的光刻工艺无法制备这些特殊的图形微结构，针对这种需求有人发展了灰阶光掩膜技术，该技术利用具有灰度梯度分布的光掩膜版进行曝光，使得光刻胶因感受不同强度紫外光作用而呈现不同程度交联或溶解，从而制作得到具有曲面特征的微结构。但是，灰阶光掩膜技术需要昂贵、高分辨率的灰阶光掩膜，该类掩膜加工复杂、成本较高，不适于推广应用。虽然基于正性光刻胶回流技术制作的曲面微结构在一定范围内可以满足复杂形状和结构的微型器件制作需要，但是由于通常正性光刻胶粘度相对较低，其旋涂厚度往往较小，限制了可制得的微结构高度，且正性光刻胶材料本身往往易受酸碱或有机试剂侵蚀，在紫外光照下极易发生光化学反应分解，稳定性较差，应用范围受到很大局限。因此，需要寻找适于高深宽比结构制作、且物化性质稳定的材料制作曲面微结构。负性光刻胶由于其优良的物理、化学性质，与传统微电子工艺兼容和适于制作高深宽比结构的特点，使其成为复杂截面微结构制作的最佳候选材料。但是，由于交联后的负性光刻胶往往玻璃化温度很高，接近其碳化热解温度，使其很难采用正性光刻胶回流方法，即通过光刻、显影、回流的流程，制作曲面结构。同时，采用回流方法仅能够制造球冠状截面的单一结构。在复杂的三维结构的制作方面，有人提出了LIGA、激光烧蚀、激光全息等光刻工艺方法。但这些方法往往需要昂贵、高分辨率的专用曝光设备，工艺过程中需要多次成膜和套刻，部分工艺需要化学机械抛光和干法刻蚀，工艺复杂，很难保证结构尺寸的准确性和结构表面的光滑，不利于制作高质量的集成光学器件和MEMS器件。因此，针对三维结构制作的需求，迫切需要发展新的、工艺简单、成本低廉的工艺方法。

扩散片在平板显示、激光、LED 照明、成像等系统中有重要应用。扩散片的主要功能是将入射光转变为漫射或者具有一定空间分布的光。入射的平行光在扩散片中经过折射和散射，形成特定能量分布的光场。基于对入射光的扩散原理不同，主要分为两类：一类是掺杂粒子型，另一类是表面微结构型。前者目前在平板显示中得到了广泛应用，但其透过率低，光场不可控，并且由于存在掺杂不均匀的情况，导致光场不均匀。后一类包括毛玻璃型、全息型和微透镜阵列型。微透镜阵列扩散片具有高透过率，通过改变微透镜阵列形状和排布可以调整扩散角度、光场的空间和能量分布，具有极大的灵活性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了克服已有工艺方法的不足之处，提出一种基于负性光刻胶的扩散片光刻工艺方法，采用扩散片结合负性光刻胶的光刻工艺，利用扩散片将光源由线性光转变为漫散射光，并结合负性光刻胶的成像特性，制备出传统光刻法无法实现的三维微结构图形。本发明可利用单次光刻可得到圆弧形，双圆弧形等复杂截面图形结构，具有适用范围广泛，工艺过程简单，工艺重复性好，不需要改造现有光刻设备，成本低廉，易实现批量生产等优点。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于负性光刻胶的扩散片光刻工艺方法，该方法包括如下步骤：

首先，在衬底表面涂覆负性光刻胶，

然后进行前烘：将旋涂有负性光刻胶的衬底进行前烘，去除负性光刻胶的溶剂；

接着曝光：扩散片位于掩膜板之上，利用扩散片和掩膜板作为掩膜对负性光刻胶进行紫外曝光；

最后进行后烘和显影：曝光区域中的负性光刻胶在后烘中交联，不溶于显影液，得到具有特定的截面结构，即顺序排列为衬底、负性光刻胶、掩膜板、扩散片，入射波从扩散片上射入；

扩散片和掩膜板一起作为掩膜参与光刻胶的曝光。