多角度曝光设备与电镀金属导线的制作方法
阅读说明：本技术 多角度曝光设备与电镀金属导线的制作方法 (Multi-angle exposure equipment and manufacturing method of electroplated metal wire ) 是由 许铭案 谢东宏 陈香婷 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多角度曝光设备与电镀金属导线的制作方法,其中该制作方法包含：在一透明基板上形成一种子金属导线层,该种子金属导线层的导线已制作完成；在该种子金属导线层的上方形成一光阻层；以该种子金属导线层作为光罩层,以一多角度曝光设备经由该种子金属导线层对该光阻层进行散射型曝光；移除未被曝光的该光阻层,使该种子金属导线层暴露出来；电镀该种子金属导线层至预定的一厚度而构成一金属导线层；及移除剩余的该光阻层。本发明制程简单、容易施作、且成本低,大幅提高了高深宽比电镀制程的良率。(The invention discloses a multi-angle exposure device and a manufacturing method of an electroplated metal wire, wherein the manufacturing method comprises the following steps: forming a seed metal wire layer on a transparent substrate, wherein the wire of the seed metal wire layer is manufactured; forming a photoresist layer on the seed metal wire layer; using the seed metal wire layer as a mask layer, and performing scattering type exposure on the photoresist layer through the seed metal wire layer by a multi-angle exposure device; removing the unexposed photoresist layer to expose the seed metal wire layer; electroplating the seed metal wire layer to a predetermined thickness to form a metal wire layer; and removing the residual photoresist layer. The invention has simple process, easy operation and low cost, and greatly improves the yield of the electroplating process with high depth-to-width ratio.)
技术领域
本发明关于一种电镀金属技术，特别是关于一种多角度曝光设备与电镀金属导线的制作方法。
背景技术
随着随身电子设备的快速发展，组件小型化与电路板线宽缩小、精度提高以及电力消耗降低等需求，使得高深宽比电镀铜制程成为显学。
目前，高深宽比的电镀铜制程，精度可达线宽介于1微米至15微米之间，厚度介于10微米至100微米之间的程度。然而，为了要达到如此的精度，必须通过曝光显影制程来实现。为了要制作高深宽比的铜导线，必须要先在基板上形成一层极薄的种子铜金属层，再通过形成光阻层、曝光显影、电镀、移除光阻层、蚀刻等制程来实现。然而，此等制程会因为最终的蚀刻制程导致电镀过后的铜金属表面过蚀刻而影响了铜导线的阻抗值，进而影响其精度。
另一种可制作高深宽比导线的方法为采用掀离光阻层/负型光阻层的双层光阻的技术，如中国台湾专利I658483号，其在一开始的种子金属层即采用掀离光阻制程来形成种子线路金属层，再借由此等种子线路金属层来电镀出高深宽比的金属线路，而不需要进行蚀刻的制程。此种制程运用到双层光阻的技术，要同时对双层光阻进行曝光、显影，需要较高的技术强度，不易制作。
因此，如何能够简化电镀制程，让电镀制程可以更加简单、更加精确，并且，不会产生电镀后蚀刻所产生的过蚀刻的问题，成为目前电镀技术开发厂商所希求的发展方向。
发明内容
为达上述目的，本发明运用制做好的金属导线种子层当作光罩，并同时运用一散射层来做为背面曝光的辅助层，借以解决金属导线种子层作为光罩时曝光所会产生的绕射问题，而能准确地制做出对负型光阻曝光所需的结构，其制程简单、容易施作、且成本低，大幅提高了高深宽比电镀制程的良率。
本发明的目的在提供一种电镀金属导线的制作方法，包含：在一透明基板上形成一种子金属导线层，该种子金属导线层的导线已制作完成；在该种子金属导线层的上方形成一光阻层；以该种子金属导线层作为光罩层，以一多角度曝光设备经由该种子金属导线层对该光阻层进行散射型曝光；移除未被曝光的该光阻层，使该种子金属导线层暴露出来；电镀该种子金属导线层至预定的一厚度而构成一金属导线层；及移除剩余的该光阻层。
在一些实施例中，该多角度曝光设备选自：运用多个曝光光源排列为n度至-n度的发射角的曝光设备或运用一导光透镜使曝光源发射出与该透明基板的垂直线呈n度至-n度的发射角的曝光设备；其中，n为1至45之间的任意数。
在一些实施例中，该种子金属层的材料选自铜金属或其合金。
在一些实施例中，该金属导线层的深宽比介于1:1至1:10之间，线宽介于3微米至15微米之间。
在一些实施例中，该厚度介于10微米至100微米之间。
在一些实施例中，该厚度介于3微米至15微米之间。
在一些实施例中，该厚度介于3微米至30微米之间。
在一些实施例中，该厚度介于5微米至15微米之间。
在一些实施例中，该厚度介于5微米至30微米之间。
本发明更提供一种多角度曝光设备，运用多个曝光光源排列为n度至-n度的发射角，或运用一导光透镜使曝光源发射出与该透明基板的垂直线呈n度至-n度的发射角；其中，n为1至45之间的任意数。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文列举数个较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下（实施方式）。
附图说明
图1为本发明的电镀金属导线的制作方法的流程图；
图2A-2K为本发明的电镀金属导线的制作流程的一实施例；
图3A-3J为本发明的电镀金属导线的制作流程的另一实施例。
附图中的符号说明：
10 透明基板；
20 种子金属层；
21 种子金属导线层；
29 金属导线层；
30、31 光阻层；
40、41、42 光阻层；
70 光罩；
80 紫外光；
90 多角度曝光设备；
91、92 紫外光；
θ 发射角；
S101~S106 步骤。
具体实施方式
根据本发明的实施例，本发明运用制做好的金属导线种子层当作光罩，并同时运用一散射层来做为背面曝光的辅助层，借以解决金属导线种子层作为光罩时曝光所会产生的绕射问题，而能准确地制做出对负型光阻曝光所需的结构，其制程简单、容易施作、且成本低，大幅提高了高深宽比电镀制程的良率。
请参考图1，本发明所公开的一种电镀金属导线的制作方法的流程图，同时请参考图2A-2K、图3A-3J的制作流程的一实施例，包含：
步骤S101：在一透明基板上形成一种子金属导线层，该种子金属导线层的导线已制作完成。本步骤制作种子金属导线层的方法有两种，其一为运用曝光显影与蚀刻的方式(图2A-2F)；其二为运用掀离光阻技术(Lift-off)(图3A-3E)；这两种技术都是可采用的。
其中，图2A-2F说明了运用曝光显影与蚀刻技术来制作种子金属导线层的导线的制程剖面示意图。图2A为透明基板10上形成了一层种子金属层20的剖面示意图。形成种子金属层20的方法可采用溅镀法或喷涂法，渐次形成厚度介于1.5μm至20μm的种子金属层20于透明基板10上；其中，透明基板10可为玻璃基板或塑料基板。图2B为形成光阻层30于种子金属层20上，光阻层30可采用正型光阻或负型光阻，厚度可介于15μm至20μm，可运用旋转涂布法或喷涂法来制作。图2C为运用一光罩70，以紫外光80对光阻层30进行曝光；光罩70为已制作好导线图案的光罩。图2D为将光阻层30进行显影，留下来的光阻层31可让下方的种子金属层20不被蚀刻。图2E为进行蚀刻后的剖面示意图，可以发现，未被光阻层31覆盖的种子金属层已被蚀刻掉，种子金属层20仅留下种子金属导线层21。图2F为移除剩余的光阻层31后，独留种子金属导线层21于透明基板10上。
其中，种子金属层的材料，可采用铜金属或其合金。
图3A-3E说明了运用曝光显影与光阻掀离技术来制作种子金属导线层的导线的制程剖面示意图。图3A为形成光阻层30于透明基板10上，光阻层30可采用正型光阻或负型光阻，厚度可介于15μm至20μm，可运用旋转涂布法或喷涂法来制作。图3B为运用一光罩70，以紫外光80对光阻层30进行曝光；光罩70为已制作好导线图案的光罩。图3C为将光阻层30进行显影，留下来的光阻层31可让上方的种子金属层20被掀离，换言之，留下来的光阻层31为掀离光阻层。图3D为形成种子金属层20于具有光阻层31的透明基板10上；可以发现，此步骤的部分种子金属层20形成于光阻层31之上；形成种子金属层20的方式可采用蒸镀法或者喷涂法。图3E为移除剩余的光阻层31后，原先在光阻层31上的种子金属层20的部分也一起被移除，独留种子金属导线层21于透明基板10上。
步骤S102：在该种子金属导线层上方形成一光阻层。此步骤即如图2G、图3F所示，光阻层40将会铺满且覆盖于种子金属导线层21上。光阻层40的厚度，可以预计要制作的金属导线层的厚度来决定。例如，要制作出50-100μm的金属导线层，光阻层40的厚度，就要不少于50-100μm。
步骤S103：以该种子金属导线层作为光罩层，以一多角度曝光设备经由该种子金属导线层对该光阻层进行散射型曝光。如图2H、图3G所示，由于多角度曝光设备90的缘故，原先为散射态的紫外光91进入透明基板10后即成为散射紫外光92，而经过种子金属导线层21的边缘，将可把原先准直的紫外光80因狭缝产生的绕射问题解决，进而产生本发明想要的曝光结果。此因本发明所运用到的金属导线的分辨率相当高，而导线之间的缝隙非常小，线宽介于1μm至300μm之间，而间距也可能小至10μm，甚至更小。如此小的导线与导线之间的缝隙，将会造成光的绕射现象。
其中该多角度曝光设备选自：运用一多个曝光光源排列为n度至-n度的发射角的曝光设备、或运用一导光透镜将曝光源导为发射出以垂直透明基板n度至-n度的发射角的曝光设备；其中，n为1至45之间的任意数。其中，发射角为以原发射方向为中心，让曝光光源的排列方式为除了原方向外，亦有向左右依序偏斜小于或等于发射角的曝光光源，如图2H、3G所示；导光透镜亦同。
步骤S104：移除未被曝光的该光阻层，使该种子金属导线层暴露出来。如图2I、图3G所示，种子金属导线层21于显影过后，其上方的光阻层41(负型光阻)因未被曝光，而可以显影剂去除而留下已曝光的光阻层42；种子金属导线层21上方的空间形状，即为本发明欲电镀金属导线层的形状。
步骤S105：电镀该种子金属导线层至预定的厚度。如图2J、图3H所示，由于种子金属导线层21上方的空间已经被已曝光的光阻层42所限制，因此，电镀种子金属导线层21将可制作出本发明想制作的金属导线层29。其中，电镀的金属可与种子金属导线层相同或不同。较佳者，以与种子金属导线层的金属相同为佳。
步骤S106：移除剩余的该光阻层。如图2K、图3I所示，移除剩余的已曝光的光阻层42，即可完成本发明的金属导线层29。至此，电镀的过程不需要进行蚀刻制程，因此，没有过度蚀刻而伤害电镀金属表面而使阻抗不均匀的问题。
其中，金属导线层的深宽比介于1:1至1:10之间，线宽介于3微米至15微米之间，厚度介于10微米至100微米、或3微米至15微米、或3微米至30微米、或5微米至15微米、或5微米至30微米之间。
其中，透明基板11可以是PET基板(聚对苯二甲酸乙二酯，Polyethyleneterephthalate，简称PET）、COP基板、PC基板、CPI基板、玻璃基板，聚乙烯醇缩丁醛树脂(Polyvinyl Butyral Resin 简称PVB )基板等。透明基板10在可见光波段的光透度大于80%以上。
本发明中的光阻所使用的负型光阻剂，可使用高分辨率负型光阻剂。光阻层的材料主要由高分子树脂（Resin)、感光起始剂(Photo initiator)、单体(Monomer)、溶剂(Solvent)，以及添加剂(Additives)所组成。
其中在光阻层的材料中，高分子树脂（Resin)的功能在于附着性、显影性、颜料分散性、流动性、耐热 性、耐化性、解析能力；感光起始剂(Photo initiator)的功能在于感光特性、解析能力；单体（Monomer)的功能在于附着性、显影性、解析能力；溶剂（Solvent)的功能在于黏度与涂布性质；添加剂(Additives)的功能则在于涂布性、流平性及起泡性。
高分子树脂（Resin）可以为含羧酸基（—COOH）的聚合物或共聚物，如亚克力(Acrylic)树脂、亚克力-环氧（Epoxy）树脂、亚克力-美耐皿（Melamine）树脂、亚克力-苯乙烯（Styrene）树脂、苯酚-酚醛（Phenolic-Aldehyde）树脂等树脂，或以上树脂的任意混合，但不以此为限。树脂在光阻中的重量百分比范围可以是0.1%至99%。
单体可分非水溶性及水溶性单体，其中，非水溶性单体 (water-insolubleMonomer)可以为戊赤藻糖醇三丙烯酸酯、三甲基醚丙烷三丙烯酸酯、三甲基醚丙烷三甲基丙烯酸酯、三，二-乙醇异氰酸酯三丙烯酸酯，二，三甲醇丙烷四丙烯酸酯、二异戊四醇五丙烯酸酯、五丙烯酸酯、四乙酸异戊四醇；六乙酸二己四醇、六乙酸二异戊四醇，或为多官能基单体、树状 / 多丛族丙烯酸酯寡体、多丛蔟聚醚丙烯酸酯、氨甲酸乙酯。水溶性单体(water-soluble monomer)则可为聚氧乙烯(Ethoxylated，简称EO) base和聚氧丙烯(Propoxylated，简称PO)的单体(monomer)；例如为：二- ( 二-氧乙烯氧乙烯)乙烯基丙烯酸酯、十五聚氧乙烯三甲醇丙烷三丙烯酸酯、三十氧乙烯二，二-双对酚甲烷二丙烯酸酯、三十个氧乙烯二，二-双对酚甲烷二甲基丙烯酸酯、二十氧乙烯三甲醇丙烷三丙烯酸酯、十五氧乙烯三甲醇丙烷三丙烯酸酯、甲基氧五百五十个氧乙烯单甲基丙烯酸酯、二百氧乙烯二丙烯酸酯、四百氧乙烯二丙烯酸酉旨、四百氧乙烯二甲基丙烯酸酯、六百氧乙烯二丙烯酸酯、六百氧乙烯二甲基丙烯酸酯、聚氧丙烯单甲基丙烯酸酯。当然亦可添加两种以上单体(monomer)混合成共单体(co-monomer)。单体或共单体在光阻中的重量百分比范围可以是0.1%至99%。
光起始剂(Photo initiator)，可以选自苯乙酮系化合物(acetophenone)、二苯甲酮(Benzophenone)系化合物或二咪唑系化合物(bis_imidazole)、苯偶姻系化合物(Benzoin)，苯偶酰系化合物(Benzil)、α-氨基酮系化合物(α-amino ketone)、酰基膦氧化物系化合物(Acyl phosphine oxide)或苯甲酰甲酸酯系化合物以上光起始剂任意的混合，但不以此为限。光起始剂在光阻中的重量百分比范围可以是至0.1至10%。
溶剂(Solvent)可以为乙二醇丙醚(ethylene glycol monopropylether）、二甘醇二甲醚(di-ethylene glycol dimethyl ether)、四氢呋喃、乙二醇甲醚(ethylene glycolmonomethyl ether)、乙二醇乙醚(ethyleneglycol monoethyl ether)、二甘醇一甲醚(di-ethylene glycol mono—methylether)、二甘醇一乙醚(di-ethylene glycol mono-ethylether) 、二甘醇一丁醚(di-ethylene glycol mono-butyl ether)、丙二醇甲醚醋酸酯(propylene glycol mono-methyl ether acetate)、丙二醇乙醚醋酸酯(propyleneglycol mono-ethyl ether acetate)、丙二醇丙醚醋酸酯(propylene glycol mono-propyl ether acetate)、3-乙氧基丙酸乙酯(ethyl3-ethoxy propionate)等，或以上溶剂任意的混合，但不限于此。溶剂在光阻中的重量百分比范围可以是0.1%至99%。
添加剂一般为颜料分散剂，此为含有颜料的光阻所必需加入的成份，一般为非离子型接口活性剂，举例如：Solsperse39000，Solsperse21000，此分散剂在光阻中的重量百分比范围可以是至0.1至5%。
虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当以权利要求书范围所界定的为准。
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