１ 引 言
ｉｔｏ（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ）又稱氧化銦錫，是一種銦錫金屬氧化物，因其具有光學(xué)透明性［１］、高導(dǎo)電性［２］、易加工性［３］及柔性潛力［４］等優(yōu)點(diǎn)，目前在光電檢測(cè)、生物芯片及微納器件等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用， 例如加工成熱光伏系統(tǒng)濾波器［５］、紅外輻射反射鏡涂層［６］、表面等離子體共振材料［７］等。在實(shí)際應(yīng)用中，ｉｔｏ 通常需先加工成各種形狀的電極，但由于曝光精度低、刻蝕工藝參數(shù)難以控制等原因，ｉｔｏ電極特征尺寸無(wú)法進(jìn)一步降低。
目前將ｉｔｏ 加工成電極的方法多種多樣，主要分干法刻蝕與濕法刻蝕。干法刻蝕指利用激光、等離子體等將部分ｉｔｏ 材料刻蝕掉，使保留下來(lái)的ｉｔｏ 構(gòu)成電極。ｈｅｏ 等［８］ 采用激光刻蝕法刻蝕ｉｔｏ－ａｇ－ｉｔｏ，得到寬度為 ５０～１００ μｍ 的電極。ｓｈｅｎ等［９］采用準(zhǔn)分子激光刻蝕，探討了不同激光能量對(duì)ｉｔｏ 的影響，最終得到的電極寬度為６０μｍ。盡管干法刻蝕能得到尺寸較小的電極，但其具有刻蝕成本高、速率低、對(duì)下層材料選擇性較差等缺點(diǎn)， 從而限制了干法刻蝕的發(fā)展及量產(chǎn)［１０］。
濕法刻蝕指先將部分ｉｔｏ 用光刻膠、膠布等材料保護(hù)起來(lái)，再將其浸沒于化學(xué)試劑中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)除去被刻蝕材料。畢洪梅等［１１］采用電化學(xué)刻蝕法，最終制作出２００μｍ 的透明電極。ｇｒｉｓｏｔｔｏ等［１２］借助探針式掃描電鏡刻蝕ｉｔｏ，將電化學(xué)與濕法工藝結(jié)合，最終得到有效尺寸為１０μｍ 的透明電極。近年來(lái)很多學(xué)者對(duì)濕法刻蝕原理進(jìn)行了深入研究，并對(duì)濕法刻蝕工藝中不同的步驟參數(shù)進(jìn)行改善，為提高加工精度奠定了基礎(chǔ)。翟蓮娜等［１３］研究了ｉｔｏ 酸性刻蝕原理并通過(guò)原子力顯微鏡對(duì)刻蝕形貌加以觀察。ｈｕａｎｇ等［１４］研究了 ｈｃｌ溶液與王水［濃鹽酸（ｈｃｌ）和濃硝酸（ｈｎｏ３）按體積比為３∶１ 組成的混合物］對(duì)ｉｔｏ 的刻蝕原理。ｇｒｉｓｏｔｔｏ等［１２］研究了酸性物質(zhì)對(duì)ｉｔｏ 的影響。ｓｈｅｎ等［９］發(fā)現(xiàn)３９％的 ｈｃｌ 溶液可以減少刻蝕邊緣的重鑄脊。姚亮等［１５］研究了 ｈｃｌ的含量對(duì)ｉｔｏ 薄膜刻蝕速率的影響。馮泉等［１６］改進(jìn)了涂膠、顯影工藝，并給出了更科學(xué)、規(guī)范的光刻操作流程。傳統(tǒng)的濕法刻蝕成本低、操 作簡(jiǎn)便、易 于量產(chǎn)［１７］，但由于刻蝕過(guò)程中的各向同性，常導(dǎo)致得到的電極變形，因此其精度不夠一直是被詬病的問(wèn)題［１８］。本文結(jié)合上述工藝對(duì)刻蝕工藝進(jìn)行改進(jìn)，兼顧制作成本及制作速率、精度的問(wèn)題，提出一種新的高精度ｉｔｏ 電極濕法刻蝕技術(shù)。優(yōu)化光刻之前的準(zhǔn)備工藝來(lái)提高光刻膠涂覆質(zhì)量；將傳統(tǒng)的掩模紫外光曝光替換為無(wú)掩模曝光來(lái)提高曝光精度；優(yōu)化操作過(guò)程中一系列的參數(shù)，如曝光量、顯影時(shí)間和刻蝕時(shí)間。最終得到２μｍ 的電極。
２ 實(shí) 驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)中ｉｔｏ 電極加工過(guò)程如圖１ 所示，主要包括ｉｔｏ 玻璃預(yù)處理、無(wú)掩模光刻、濕法刻蝕、后處理及鏡檢等環(huán)節(jié)。該方法原理為對(duì)目標(biāo)區(qū)域加以保護(hù)后進(jìn)行選擇性去除，最終得到目標(biāo)電極。
圖１ 制作工藝流程示意圖。（ａ）滴膠；（ｂ）旋涂；（ｃ）曝光；（ｄ）顯影；（ｅ）刻蝕；（ｆ）除膠
ｆｉｇ．１ ｄｉａｇｒａｍｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．（ａ）ｐｏｕｒｉｎｇ；（ｂ）ｓｐｉｎｃｏａｔｉｎｇ；（ｃ）ｅｘｐｏｓｕｒｅ；（ｄ）ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；（ｅ）ｅｔｃｈｉｎｇ；（ｆ）ｒｅｍｏｖｉｎｇｇｌｕｅ
2．１ ｉｔｏ 玻璃預(yù)處理
先用酒精布擦洗實(shí)驗(yàn)待用的ｉｔｏ玻璃片，去除大顆粒雜質(zhì)；經(jīng)純水沖洗、高純氮?dú)獯祪艉蠓湃氡芤航荩玻矗瑁粚?其 放 入 ｓｃｉｅｎｔｚ 公 司 的 ｓｂ－ ４２００ｄｔｎ 型超聲波清洗機(jī)振洗５ ｍｉｎ，取出后用無(wú)水乙醇沖洗，接著用純水沖洗，利用丙酮溶于乙醇、乙醇溶于水的特性達(dá)到清洗che di的目的；最后利用高純氮?dú)獯祪?，得到表面潔凈的ｉｔｏ玻璃片，為光刻膠均勻、緊密涂覆奠定基礎(chǔ)。
２．２ 無(wú)掩模光刻
２．２．１ 涂覆光刻膠
取１５ｍｌｓｕ－８３００５光刻膠放入ｉｓｏｔｅｍｐ 公司的２８０ａ型真空箱中抽真空１２ｈ，以消除光刻膠中的氣泡；處理后的光刻膠倒至ｉｔｏ玻璃上，根據(jù) ｓｕ－８３００５ 光刻膠特性，設(shè)定 ｌａｕｒｅｌｌ公司的 ｗｓ－ ６５０ ｍｚ－２３ｎｐｐｂ 型勻膠機(jī)第一步轉(zhuǎn)速為５００ｒ／ｍｉｎ，旋涂１０ｓ，第二步轉(zhuǎn)速為５０００ｒ／ｍｉｎ，旋涂５０ｓ，得到厚度小于５μｍ 的光刻膠層；待勻膠機(jī)將光刻膠均勻涂滿ｉｔｏ 玻璃后取出，放至加熱板上依次進(jìn)行６５ ℃ （１ ｍｉｎ）、９５ ℃ （２ ｍｉｎ）、６５℃（１ｍｉｎ）烘烤，待自然冷卻后利用 ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ公司的 ｍｌａ１５０型無(wú)掩模光刻機(jī)進(jìn)行曝光。
２．２．２ 曝光
曝光圖樣利用 ａｕｔｏｃａｄ 進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將其拷貝至無(wú)掩模光刻機(jī)中，計(jì)算并進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)后以１２００ｍｊ／ｃｍ２曝光劑量將設(shè)計(jì)圖案轉(zhuǎn)移至ｉｔｏ 玻璃上。將曝光后的ｉｔｏ 玻璃板放至加熱板上，依次進(jìn)行同上一步順序相同的加熱。
２．２．３ 顯影
將自然冷卻后的ｉｔｏ 玻璃放至ｓｕ－８專用顯影液中進(jìn)行顯影，顯影３０ｓ后取出，并用純水沖洗，有未顯影均勻、光刻膠殘留的部位，用微量注射器吸取顯影液后向光刻膠殘留處輕輕噴洗，之后用純水沖洗干凈。將沖洗干凈的ｉｔｏ 玻璃放至加熱板上，以１２５℃的高溫烘烤１ｍｉｎ。
２．３ 濕法刻蝕
本實(shí)驗(yàn)以５０∶３∶５０質(zhì)量比混合濃鹽酸、濃硝酸、純水，得到性能良好的刻蝕液［１９］。該刻蝕液通過(guò)鹽酸與硝酸的強(qiáng)氧化作用與ｉｔｏ 反應(yīng)，可以加快刻蝕速率。該刻蝕液與ｉｔｏ 反應(yīng)方程式為
ｉｎ２ｏ３ ＋６ｈｃｌ＝２ｉｎｃｌ３ ＋３ｈ２ｏ， （１）
２ｓｎｏ２ ＋８ｈｃｌ＝２ｓｎｃｌ４ ＋４ｈ２ｏ， （２）
ｉｎ２ｏ３ ＋６ｈｎｏ３ ＝２ｉｎ（ｎｏ３）３ ＋３ｈ２ｏ， （３）
２ｓｎｏ２ ＋８ｈｎｏ３ ＝２ｓｎ（ｎｏ３）４ ＋４ｈ２ｏ。 （４）
２．４ 后處理及鏡檢
將刻蝕完成的 ｉｔｏ 玻璃放至丙酮中，浸泡３０ ｍｉｎ，直至剩余的光刻膠wan quan去除，得到目標(biāo)電極。最后利用 ｎｉｋｏｎ公司的 ｅｃｌｉｐｓｅｔｉ－ｅ 型顯微鏡觀察電極形貌，利用ｂｒｕｋｅｒ公司的 ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｃｏｎ型原子力顯微鏡測(cè)量電極尺寸，并截?。拨蹋?電極截面曲線觀察刻蝕情況。（未完待續(xù)）