红外探测器拼接基板制备方法
文献发布时间：2023-06-19 16:04:54
技术领域
本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种红外探测器拼接基板制备方法。
背景技术
红外探测器组件在各领域具有广泛的应用，是获取目标信息的红外光电探测系统的核心元器件。为提高信号的获取能力，红外探测器的像元间距持续缩小，阵列规模持续增大，并根据需求或集成有多个谱段。受红外探测器材料尺寸、探测器芯片制备工艺成熟度和成本等因素的限制，难以不受限制的提升单管芯的阵列规模。此外受探测器材料光学和电学特性的限制，难以在单管芯上实现3个及以上光学谱段的覆盖探测。通过拼接的方式将多个小规模、不同响应谱段的探测器子模块进行集成是一种经济可行的技术方案，具有较高的灵活性。
为实现对成像视场的有效覆盖，要求模块间的相对位置误差在微米级，对拼接工艺的各环节的设计要求非常高。
在拼接过程中，需要通过探测器子模块上与拼接基板上分别制备的定位标记确定子模块的拼接位置。因此拼接精度除了受到拼接工艺设备的自身能力限制外，定位标记的图形加工精度对拼接精度也有较大贡献。
拼接基板除作为多个子模块的公共载体对子模块进行承接固定外，还会通过引线焊接工艺作为过渡载体实现探测器子模块和外围系统的电学连接。因此，拼接基板上的图形通常包括定位标记图形和金属引线图形。其中定位标记图形只用于探测器子模块的定位。定位标记图形的主要要求是图形边缘清晰完整无畸变，表面洁净明亮，图形尺寸与设计值保持一致，对金属膜层厚度并无明确要求。金属引线图形要求具有较厚的低阻金属膜层，以满足基板与芯片及基板与外围系统间在引线焊接时，引线与金属膜层的接触可靠性，要求表面洁净明亮，对图形边缘形貌的要求低于定位标记图形。为保证引线对电流信号的承载能力，引线图形尺寸在设计时已带有冗余量，加工后图形尺寸的缩减在设计尺寸的10％以内不影响电学性能，因而最终的图形尺寸允许与设计值有一定的偏差。
目前两类图形结构的制作均采用相同的工艺流程，同步完成制作，加工流程见图1。由于电学引线结构要求的金属膜层较厚，因此无论是采用刻蚀还是剥离的方式，都需要较厚的光刻胶掩膜。厚光刻胶掩膜的侧壁难以实现完全的竖直，光刻胶掩膜越厚，光刻胶掩膜侧壁越难以保持竖直，光刻胶掩膜图形上下表面的尺寸差异越大，导致光刻胶掩膜与下方基底接触面处的图形尺寸与设计值存在加大偏差。如果采用干法刻蚀工艺，在刻蚀的过程中，随着刻蚀时间的增加，光刻胶掩膜整体尺寸逐渐缩小，导致光刻胶掩膜下方的金属图形的尺寸随之缩小。如果是采用湿法剥离工艺，基板上金属图形的尺寸取决于光刻胶掩膜与基板接触面处的图形尺寸，同样由于光刻胶掩膜侧壁难以保持竖直，最终金属图形尺寸存在较大变形。因此将图形高精度的转移制作到拼接基板上难度很大，影响最终的子模块拼接定位精度。
发明内容
本发明实施例提供一种红外探测器拼接基板制备方法，用以解决现有技术中由于定位标记图形和金属引线图形采用相同工艺流程进行同步制作加工，造成拼接基板制作精度差的问题。
根据本发明实施例的红外探测器拼接基板制备方法，包括：
清洗基板；
在清洗后的基板的第一表面制备至少一个定位标记，所述定位标记为厚度为h的金属图案；
在制备完定位标记的第一表面制备至少一个金属引线，所述金属引线的厚度为H，且满足：H＞h。
根据本发明的一些实施例，所述在清洗后的基板的第一表面制备至少一个定位标记，包括：
在清洗后的基板的第一表面沉积厚度为h的第一金属层；
在所述第一金属层的表面制备第一光刻胶掩膜图形；
采用刻蚀工艺，去除所述第一金属层上未被所述第一光刻胶掩膜图形覆盖的部分。
根据本发明的一些实施例，在所述第一金属层的表面制备第一光刻胶掩膜图形，包括：
在所述第一金属层的表面涂覆1μm～2μm的低粘滞性的第一正性光刻胶；
将涂覆有第一正性光刻胶的基板放置于90℃～130℃的环境下烘烤5min～20min；
将烘烤后的基板放置在光刻机中进行曝光，并用显影液进行显影，以形成第一光刻胶掩膜图形；
将形成有第一光刻胶掩膜图形的基板放置于90℃～130℃的环境下烘烤5min～20min。
根据本发明的一些实施例，所述采用刻蚀工艺，去除所述第一金属层上未被所述第一光刻胶掩膜图形覆盖的部分，包括：
将制备完第一光刻胶掩膜图形的基板放入离子铣中，所述第一表面朝向离子源，利用束压为250V～500V、束流为30mA～120mA的离子流进行物理刻蚀，以去除所述第一金属层上未被所述第一光刻胶掩膜图形覆盖的部分。
根据本发明的一些实施例，所述在清洗后的基板的第一表面制备至少一个定位标记，还包括：
采用湿法工艺，去除所述第一光刻胶掩膜图形。
根据本发明的一些实施例，所述h满足：
根据本发明的一些实施例，所述金属图案为Cr金属图案。
根据本发明的一些实施例，所述在制备完定位标记的第一表面制备至少一个金属引线，包括：
在制备完定位标记的第一表面制备第二光刻胶掩膜图形；
在制备有第二光刻胶掩膜图形的第一表面沉积厚度为H的第二金属层；
将沉积有第二金属层的基板放入丙酮中浸泡，以溶解所述第二光刻胶掩膜图形。
根据本发明的一些实施例，所述在制备完定位标记的第一表面制备第二光刻胶掩膜图形，包括：
在制备完定位标记的第一表面上涂覆4μm～10μm的高粘滞性的第二正性光刻胶；
将涂覆有第二正性光刻胶的基板放置于90℃～130℃的环境下烘烤5min～20min；
将烘烤后的基板放置在光刻机中进行曝光，并用显影液进行显影，以形成第二光刻胶掩膜图形；
将形成有第二光刻胶掩膜图形的基板放置于90℃～130℃的环境下烘烤5min～20min。
根据本发明的一些实施例，所述在制备有第二光刻胶掩膜图形的第一表面沉积厚度为H的第二金属层，包括：
依次在制备有第二光刻胶掩膜图形的第一表面沉积厚度为H1的Cr金属层和厚度为H2的Au金属层；
所述H1满足：
所述H2满足：
采用本发明实施例，通过对拼接基板上的定位标记图形和金属引线图形分别制备，并设计不同的膜层厚度，在满足电学引线结构的电流承载能力的同时，提高了拼接对准标记的图形加工精度，降低了拼接基板的加工难度，有利于提升探测器子模块的拼接精度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1是现有技术中红外探测器拼接基板制备方法流程图；
图2是本发明实施例中红外探测器拼接基板制备方法流程图；
图3是本发明实施例中红外探测器拼接基板制备方法流程图；
图4是本发明实施例中定位标记制备示意图；
图5是本发明实施例中金属引线制备示意图；
图6是采用本发明实施例中红外探测器拼接基板制备方法制备完成的红外探测器拼接基板示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。另外，在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
参见图2，本发明实施例的红外探测器拼接基板制备方法，包括：
S1，清洗基板；该步骤用于去除基板上的杂物，包括无机颗粒沾污、有机物沾污等。
S2，在清洗后的基板的第一表面制备至少一个定位标记，所述定位标记为厚度为h的金属图案；
定位标记的数量、位置以及尺寸根据提前设计好的方案进行制备。定位标记的厚度可以理解为定位标记凸出于第一表面的高度。
S3，在制备完定位标记的第一表面制备至少一个金属引线，所述金属引线的厚度为H，且满足：H＞h。
金属引线的数量、位置以及尺寸也是根据提前设计好的方案进行制备。金属引线的厚度可以理解为金属引线凸出于第一表面的高度。
采用本发明实施例，通过对拼接基板上的定位标记图形和金属引线图形分别制备，并设计不同的膜层厚度，在满足电学引线结构的电流承载能力的同时，提高了拼接对准标记的图形加工精度，降低了拼接基板的加工难度，有利于提升探测器子模块的拼接精度。
在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
根据本发明的一些实施例，所述清洗基板，包括：
将基板浸没在去离子水中，采用超声清洗方法去除所述基板表面的无机颗粒沾污；
依次用丙酮、乙醇对去除无机颗粒沾污后的基板进行清洗，以去除所述基板表面的有机物沾污；
用干燥氮气吹扫去除有机物沾污后的基板表面，以去除所述基板表面残留的乙醇试剂。
图4为本发明实施例中定位标记制备示意图，在图4中，序号1代表基板，序号2代表第一金属层，序号5代表第一光刻胶掩膜图形。
参照图4所示，根据本发明的一些实施例，所述在清洗后的基板的第一表面制备至少一个定位标记，包括：
在清洗后的基板的第一表面采用物理气相沉积的方式沉积厚度为h的第一金属层；
在所述第一金属层的表面制备第一光刻胶掩膜图形；第一光刻胶掩膜图形的形成，使得第一金属层的部分被遮挡，其他部分外漏。
采用刻蚀工艺，去除所述第一金属层上未被所述第一光刻胶掩膜图形覆盖的部分。
可以理解，刻蚀工艺可以将第一金属层上未被第一光刻胶掩膜图形覆盖的部分刻蚀掉，而被第一光刻胶掩膜图形覆盖的部分则保留，由此可以在第一表面上形成至少一个定位标记。
根据本发明的一些实施例，在所述第一金属层的表面制备第一光刻胶掩膜图形，包括：
在所述第一金属层的表面涂覆1μm～2μm的低粘滞性的第一正性光刻胶；
将涂覆有第一正性光刻胶的基板放置于90℃～130℃的环境下烘烤5min～20min；
将烘烤后的基板放置在光刻机中进行曝光，并用显影液进行显影，以形成第一光刻胶掩膜图形；
将形成有第一光刻胶掩膜图形的基板放置于90℃～130℃的环境下烘烤5min～20min。
第一次烘烤是为了使光刻胶中的大部分溶剂挥发，将光刻胶由液态转为固态，然后才可以继续进行曝光和显影。第二次烘烤是为了进一步使光刻胶掩膜硬化，同时提高光刻胶掩膜和下层基底间的粘附性。
根据本发明的一些实施例，所述采用刻蚀工艺，去除所述第一金属层上未被所述第一光刻胶掩膜图形覆盖的部分，包括：
将制备完第一光刻胶掩膜图形的基板放入离子铣中，所述第一表面朝向离子源，利用束压为250V～500V、束流为30mA～120mA的离子流进行刻蚀，以去除所述第一金属层上未被所述第一光刻胶掩膜图形覆盖的部分。
参照图4所示，根据本发明的一些实施例，所述在清洗后的基板的第一表面制备至少一个定位标记，还包括：
采用湿法工艺，去除所述第一光刻胶掩膜图形。
例如，将刻蚀完的基板放入丙酮中浸泡，直至第一光刻胶掩膜图形溶解，再依次用全新的丙酮和乙醇清洗基板，并用高纯的干燥氮气吹扫基板表面，去除表面残留的乙醇试剂。
根据本发明的一些实施例，所述h满足：
根据本发明的一些实施例，所述金属图案为Cr金属图案。
根据本发明的一些实施例，所述H满足：
图5是本发明实施例中金属引线制备示意图，在图5中，序号1代表基板，序号3代表第二金属层，序号4代表第二光刻胶掩膜图形。
参照图5所示，根据本发明的一些实施例，所述在制备完定位标记的第一表面制备至少一个金属引线，包括：
在制备完定位标记的第一表面制备第二光刻胶掩膜图形；在实际操作过程中，可以使用制备完成的定位标记进行第二光刻胶掩膜图形的定位，保证定位标记和金属引线的相对位置关系满足设计要求。
在制备有第二光刻胶掩膜图形的第一表面侧沉积厚度为H的第二金属层；在该步骤中，第二金属层的部分区域直接沉积在基板的第一表面上，其余部分区域沉积在第二光刻胶掩膜图形上。
将沉积有第二金属层的基板放入丙酮中浸泡，以溶解所述第二光刻胶掩膜图形。
由此，丙酮会与第二光刻胶掩膜图形发生反应，被溶解，沉积在第二光刻胶掩膜图形上金属层也会脱离基板，沉积在基板的第一表面上则仍附着在基板上，该部分区域就形成至少一个金属引线。
根据本发明的一些实施例，所述在制备完定位标记的第一表面制备第二光刻胶掩膜图形，包括：
在制备完定位标记的第一表面上涂覆4μm～10μm的高粘滞性的第二正性光刻胶；第二正性光刻胶会将第一表面上的定位标记完全覆盖住。
将涂覆有第二正性光刻胶的基板放置于90℃～130℃的环境下烘烤5min～20min；
将烘烤后的基板放置在光刻机中进行曝光，并用显影液进行显影，以形成第二光刻胶掩膜图形；
将形成有第二光刻胶掩膜图形的基板放置于90℃～130℃的环境下烘烤5min～20min。
根据本发明的一些实施例，所述在制备有第二光刻胶掩膜图形的第一表面沉积厚度为H的第二金属层，包括：
依次在制备有第二光刻胶掩膜图形的第一表面沉积厚度为H1的Cr金属层和厚度为H2的Au金属层。
根据本发明的一些实施例，所述H1满足：
所述H2满足：
下面参照图3-图6以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的红外探测器拼接基板制备方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
为了提高拼接基板定位标记的加工精度，进而提升子模块的拼接精度，本发明实施例提出一种红外探测器拼接基板制备方法。在该方法中，基于定位标记和金属引线对图形精度和金属膜层厚度的要求，结合干法刻蚀和湿法剥离两种加工工艺，将两种图形分开加工，实现高精度的定位标记图形和低阻厚膜层的金属引线图形制备，同时满足高性能探测器对拼接精度和电学可靠性的要求。
具体的，参照图3，本发明实施例的红外探测器拼接基板制备方法，包括：
步骤1、清洗基板。
例如，将基板浸没在去离子水中，采用超声清洗去除基板表面的无机颗粒沾污，用丙酮、乙醇依次对基板表面清洗，去除表基板表面的有机物沾污，然后用高纯的干燥氮气吹扫基板表面，去除表面残留的乙醇试剂。
步骤2、在基板表面生长第一金属层。
在清洗干净的、待表面生长第一金属层的拼接基板表面生长一层较薄的、与基板粘附性好的第一金属层；
例如，在基板的第一表面上沉积用于定位标记图形制备的300埃～1000埃的金属Cr。
步骤3、制备干法刻蚀用第一光刻胶掩膜图形。
例如，在金属铬Cr所在的基板表面涂覆1μm～2μm的低粘滞性的第一正性光刻胶，将基板在90℃～130℃中烘烤5min～20min，然后放置在光刻机中进行曝光，并用显影液进行显影。将带有第一光刻胶掩膜的基板在90℃～130℃中烘烤5min～20min。
步骤4、离子束刻蚀，制作高图形精度的定位标记。
例如，将完成第一光刻胶掩膜图形制备的基板放入离子铣中，使带有第一光刻胶掩膜图形的基板表面正对离子铣中的离子源，用250V～500V束压，30mA～120mA束流的条件对旋转的基板进行刻蚀，直至无第一光刻胶掩膜图形覆盖的金属铬被完全从基板表面去除。
步骤5、湿法清洗，去除干法刻蚀用光刻掩膜。
例如，将刻蚀完的基板放入丙酮中浸泡，直至第一光刻胶掩膜图形溶解，再依次用全新的丙酮和乙醇清洗基板，并用高纯的干燥氮气吹扫基板表面，去除表面残留的乙醇试剂。
上述步骤2-步骤5的过程可以参照图4所示，图4为本发明实施例中定位标记制备示意图，在图4中，序号1代表基板，序号2代表第一金属层，序号5代表第一光刻胶掩膜图形。
步骤6、制备湿法剥离用第二光刻胶掩膜图形。
在基板有定位标记的同一侧表面上制作厚的第二光刻胶掩膜图形。使用已刻蚀完成的定位标记定位第二光刻胶掩膜图形的相对位置。
例如，在基板带有定位标记图形的同一侧表面上涂覆4μm～10μm的高粘滞性的第二正性光刻胶，将基板在90℃～130℃中烘烤5min～20min，然后将基板放置在光刻机中进行曝光，并用显影液进行显影。
步骤7、沉积第二金属层。
在基板上带有第二光刻胶掩膜图形的同一侧表面上生长较厚的低阻金属膜层。
例如，在基板带有第二光刻胶掩膜图形的同一侧表面上依次沉积300埃～1000埃的金属Cr和8000埃～15000埃的金属Au。
步骤8、湿法剥离，完成金属引线的制作。
采用剥离工艺，去除基板表面的第二光刻胶掩膜图形以及第二光刻胶掩膜图形外表面的第二金属层，在无厚光刻胶掩膜图形覆盖的基板表面处的厚低阻第二金属层将保留下来，完成金属引线的制作。
例如，经基板放入丙酮中浸泡，直至光刻胶掩膜溶解，第二光刻胶掩膜图形表面上沉积的第二金属层从基板表面脱落，再依次用全新的丙酮和乙醇清洗基板，并用高纯的干燥氮气吹扫基板表面，去除表面残留的乙醇试剂。
上述步骤6-步骤8的过程可以参照图5所示，图5是本发明实施例中金属引线制备示意图，在图5中，序号1代表基板，序号3代表第二金属层，序号4代表第二光刻胶掩膜图形。
图6是采用上述方法制备完成的红外探测器拼接基板示意图。
本发明实施例通过对拼接基板上的定位标记图形和金属引线图形设计不同的金属膜层厚度，并对于定位标记图形采用干法刻蚀工艺进行制备，对金属引线图形采用剥离工艺制备，最终实现高图形质量的定位标记和低阻金属引线图形的制备。在满足电学引线结构的电流承载能力的同时，提高了拼接对准标记的图形加工精度，降低了拼接基板的加工难度，有利于提升探测器子模块的拼接精度。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
不应将位于括号之内的任何参考符号构造成对权利要求的限制。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。