CN117761965A - 一种掩模板蚀刻装置及蚀刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掩模板蚀刻装置及蚀刻方法，其中掩模板蚀刻装置包括：夹具；旋转轴，其与所述夹具固定连接；兆声波发生器，其被配置为向输入兆声波发生器内的清洗液发射兆声波；清洗液喷嘴，其与所述兆声波发生器连接，所述清洗液喷嘴被配置为向掩模板的背面喷淋带有兆声波的清洗液；保护罩，其罩设在所述兆声波发生器的上方，并具有供清洗液喷嘴伸出的开口；以及蚀刻液喷嘴。一种蚀刻方法，包括：使用夹具将掩模板夹起并上升至设定高度，其中掩模板的正面朝上；以及位于掩模板上方蚀刻液喷嘴将蚀刻液喷淋至掩模板的正面，同时输水管将清洗液输送至兆声波发生器，再由清洗液喷嘴将带有兆声波的喷淋液喷淋至掩模板的背面，且蚀刻过程中掩模板旋转。

Description

一种掩模板蚀刻装置及蚀刻方法

技术领域

本发明涉及掩模板蚀刻技术领域，尤其涉及一种掩模板蚀刻装置及蚀刻方法。

背景技术

在IC光掩模板的制作过程中，低阶双极型光掩模板产品的线路图形一般采用湿法蚀刻。如图1所示，传统的光掩模板湿法蚀刻过程一般是将显影后的光掩模板传送至蚀刻腔体后，从板上方的扇形喷嘴将酸性蚀刻液喷淋至反应表面，边喷淋边旋转，最后再经过水清洗后旋干，即得到蚀刻后的光掩模板。这种方法具有如下的缺陷：

到达铬表面的蚀刻液已发生反应，称为旧蚀刻液，未到达铬表面的蚀刻液称为新蚀刻液。旧蚀刻液比新蚀刻液的反应效率低，并且会阻挡新蚀刻液接触反应表面，从而降低反应效率，使反应时间延长。湿法蚀刻反应具有各向同性特点，在垂直蚀刻的同时向两侧蚀刻，如图2a所示，蚀刻液喷至板面上停留时间较长，造成侧蚀严重，最终导致蚀刻线路的轮廓形貌品质较差，如图2b所示。

从产品上的线路分布来看，小线宽和线路密集处比大线宽和线路稀疏处的新旧蚀刻液交换效率低，这就造成两个缺点，一个是不同线宽的线性关系变差，一个是造成负载效应，即不同线路密度的局部位置的线宽差异，这两个缺点都会使制程工艺窗口变窄，不利于生产控制。

蚀刻过程中，蚀刻反应液会沿着掩模板侧边流动到背面或者反溅到背面，导致化学残留，造成污染。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题中的至少一部分问题，本发明提供了一种掩模板蚀刻装置，包括：

夹具，其被配置为固定掩模板；

旋转轴，其与所述夹具固定连接，以带动所述夹具旋转；

兆声波发生器，其被配置为向输入兆声波发生器内的清洗液发射兆声波；

清洗液喷嘴，其与所述兆声波发生器连接，所述清洗液喷嘴被配置为向掩模板的背面喷淋带有兆声波的清洗液；

保护罩，其罩设在所述兆声波发生器的上方，并具有供清洗液喷嘴伸出的开口；以及

蚀刻液喷嘴，其位于所述夹具的上方，且被配置为向掩模板的正面喷淋蚀刻液。

进一步地，还包括：

输水管，其与所述兆声波发生器连通，所述输水管将清洗液输送至兆声波发生器；以及

排水管，其被配置为将使用后的清洗液排出。

进一步地，还包括蚀刻腔体，所述夹具、清洗液喷嘴、保护罩、输水管、夹具、旋转轴、蚀刻液喷嘴以及排水管均位于蚀刻腔体内。

进一步地，还包括：

传送窗口，其位于蚀刻腔体上；

机械手臂，其被配置为运输掩模板；

承载台，其被配置为存放掩模板；

控制系统，其被配置为控制所述掩模板蚀刻装置的运行。

进一步地，所述夹具的截面形状为L形，其包括用于固定掩模板的竖直面以及水平的底面；以及

所述转轴包括旋转主体和连接臂，所述旋转主体内部具有供所述输水管排布的空间，所述连接臂与所述夹具的底面以及保护罩连接。

进一步地，所述兆声波发生器设置在多个连接臂之间的空间，所述兆声波发生器的高度低于所述夹具。

本发明还提供了一种使用掩模板蚀刻装置的蚀刻方法，其特征在于，包括：

使用夹具将掩模板夹起并上升至设定高度，其中掩模板的正面朝上；以及

位于掩模板上方蚀刻液喷嘴将蚀刻液喷淋至掩模板的正面，同时输水管将清洗液输送至兆声波发生器，再由清洗液喷嘴将带有兆声波的喷淋液喷淋至掩模板的背面，且蚀刻过程中掩模板旋转。

进一步地，其中使用夹具将掩模板夹起并上升至设定高度之前还包括打开传送窗口，利用机械手臂将显影后的光掩模板放置在承载台上，并关闭传送窗口。

进一步地，还包括：

蚀刻反应完成后，利用清洗液清洗掩模板；

通过旋转轴旋转将掩模板甩干；以及

传送窗口打开，机械手臂将蚀刻完成的掩模板取出。

进一步地，所述兆声波的频率为1-2MHz。

本发明至少具有下列有益效果：本发明公开的一种掩模板蚀刻装置及蚀刻方法，在掩模板的正面喷淋蚀刻液的同时在掩模板的背面喷淋带有兆声波的清洗液，在兆声波作用下，增加新旧蚀刻液的交换速率，提高蚀刻反应效率，缩短反应时间，从而改善蚀刻线路的轮廓形貌；兆声波可使不同线宽和不同线路分布密度位置蚀刻液交换速率趋于均匀，从而相应的提高了不同线宽的线性度，并降低了负载效应带来的缺陷，使制程工艺窗口变宽，增加制程能力；同时，背面和正面的兆声波还可以帮助剥离黏附其上的杂质颗粒，从而随清洗液和蚀刻液被带离光掩模板，达到清洗的效果。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出了传统光掩模板湿蚀刻的示意图；

图2a示出了各向同性蚀刻的示意图；

图2b示出了线路侧蚀形貌示意图；

图3示出了本发明一个实施例的掩模板蚀刻装置的示意图。以及

图4示出了本发明一个实施例的使用兆声波的光掩模板蚀刻的示意图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。

在此还应当指出，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性。

另外，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

图3示出了本发明一个实施例的光掩模板蚀刻装置的示意图。

如图3所示，掩模板蚀刻装置包括兆声波发生器101、清洗液喷嘴102、保护罩103、输水管104、夹具105、旋转轴106、蚀刻液喷嘴107以及排水管108。

夹具105用于固定掩模板。夹具105的截面形状为L形，夹具105包括用于固定掩模板的竖直面以及与旋转轴106固定连接的水平的底面，竖直面具有夹子，可以夹住掩模板。

旋转轴106与夹具105固定连接，以带动夹具105旋转。旋转轴106包括旋转主体1061和至少两个连接臂1062，连接臂1062与夹具105的底面以及保护罩连接。旋转主体1061内部具有供输水管排布的空间。

兆声波发生器101设置在多个连接臂之间的空间，用于向清洗液发射兆声波。兆声波发生器101的高度低于所述夹具。

输水管104与兆声波发生器101连通，输水管104将清洗液输送至兆声波发生器101。

清洗液喷嘴102与兆声波发生器101连接，用于向掩模板喷淋带有兆声波的清洗液。清洗液喷嘴102喷淋的角度可以调节，其可将溶液倾斜喷至光掩模板底部中心的位置。清洗液喷嘴102的材质为石英。

保护罩103罩设在兆声波发生器101的上方，以免清洗液流到兆声波发生器101上。保护罩103上具有开口，清洗液喷嘴102的一部分从开口处伸出保护罩103，以便清洗液喷出。保护罩103与旋转轴106的连接臂1062固定连接。

蚀刻液喷嘴107位于夹具105的上方，用于向掩模板喷淋蚀刻液。蚀刻液喷嘴107为扇形喷嘴。

排水管104与夹具106的底面连通，用于排出流到夹具的底面的清洗液。清洗液喷至掩模板底部后会落到夹具的底面。

兆声波发生器101、清洗液喷嘴102、保护罩103、输水管104、夹具105、旋转轴106、蚀刻液喷嘴107以及排水管108均位于蚀刻装置的蚀刻腔体内。

光掩模板蚀刻装置还包括控制系统、机械手臂、承载台及蚀刻腔体的传送窗口。机械手臂用于运输掩模板。控制系统控制光掩模板蚀刻装置运行。承载台位于蚀刻腔体内，用于存放掩模板。传送窗口打开，可以利用机械手臂将掩模板放置到蚀刻腔体或从蚀刻腔体取出掩模板。

图4示出了本发明一个实施例的使用兆声波的光掩模板蚀刻的示意图。

一种掩模板蚀刻方法包括：

步骤1，打开传送窗口，利用机械手臂将显影后的光掩模板放置在蚀刻腔体的承载台上，并关闭传送窗口。

步骤2，使用夹具将掩模板夹起并上升至设定高度，其中掩模板的正面朝上。掩模板的正面为待蚀刻的面。

步骤3，接着位于掩模板上方蚀刻液喷嘴将具有一定压力的酸性蚀刻液喷淋至掩模板的正面，同时输水管将清洗液输送至兆声波发生器，使清洗液带有兆声波，之后由清洗液喷嘴喷淋至掩模板的背面，在蚀刻过程中，旋转轴运行，使掩模板旋转，边旋转边喷淋。蚀刻液与未被光阻保护的铬发生化学反应，从而被去除。可以调整兆声波发生器的角度，使清洗液喷嘴将清洗液倾斜喷至掩模板背面中心。在本发明的一个实施例中，清洗液为去离子水。

在本发明的一个实施例中，兆声波的频率为1-2MHz。显影后的掩模板上还留有光刻胶，若兆声波的频率过小会破坏掩模板上的光刻胶保护层，过大则溶液振荡太弱导致新旧蚀刻液交换效率变低。兆声波的频率与振动的关系是：频率越高，震荡越弱。

步骤4，蚀刻反应完成后，利用清洗液清洗掩模板。

步骤5，通过快速旋转将掩模板甩干，铬图形即制作完成。

步骤6，传送窗口打开，机械手臂将蚀刻完成的掩模板取出。

如图4所示，在蚀刻反应进行的同时，从光掩模板下面，将带有兆声波的清洗液喷淋至掩模板的背面，带有兆声波的清洗液作为兆声波源，兆声波再通过掩模板的衬底石英玻璃传播至掩模板正面的蚀刻液中，兆声波的高频机械振动在蚀刻液中会产生微小的气泡，这些微小气泡会迅速膨胀，然后突然闭合，在闭合时会产生强大的冲击波，在兆声波的作用下，底部旧蚀刻液与表面新蚀刻液快速进行充分的交换，从而加速新旧蚀刻液交换，加快蚀刻反应，提高反应效率。同时，兆声波对不同线宽和不同线路分布密度的位置作用是均匀的，所以相应的提高了不同线宽的线性度，并降低了负载效应带来的缺陷，使制程工艺窗口变宽，增加制程能力。同时，兆声波还可以帮助剥离黏附在掩模板上的杂质颗粒，从而随清洗液和蚀刻液被带离光掩模板，达到清洗的效果。

虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并借此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (10)

1.一种掩模板蚀刻装置，其特征在于，包括：

夹具，其被配置为固定掩模板；

旋转轴，其与所述夹具固定连接，以带动所述夹具旋转；

兆声波发生器，其被配置为向输入兆声波发生器内的清洗液发射兆声波；

清洗液喷嘴，其与所述兆声波发生器连接，所述清洗液喷嘴被配置为向掩模板的背面喷淋带有兆声波的清洗液；

保护罩，其罩设在所述兆声波发生器的上方，并具有供清洗液喷嘴伸出的开口；以及

蚀刻液喷嘴，其位于所述夹具的上方，且被配置为向掩模板的正面喷淋蚀刻液。

2.根据权利要求1所述的掩模板蚀刻装置，其特征在于，还包括：

输水管，其与所述兆声波发生器连通，所述输水管将清洗液输送至兆声波发生器；以及

排水管，其被配置为将使用后的清洗液排出。

3.根据权利要求2所述的掩模板蚀刻装置，其特征在于，还包括蚀刻腔体，其中所述夹具、清洗液喷嘴、保护罩、输水管、夹具、旋转轴、蚀刻液喷嘴以及排水管均位于蚀刻腔体内。

4.根据权利要求3所述的掩模板蚀刻装置，其特征在于，还包括：

传送窗口，其位于蚀刻腔体上；

机械手臂，其被配置为运输掩模板；

承载台，其被配置为存放掩模板；

控制系统，其被配置为控制所述掩模板蚀刻装置的运行。

5.根据权利要求4所述的掩模板蚀刻装置，其特征在于，所述夹具的截面形状为L形，其包括用于固定掩模板的竖直面以及水平的底面；以及

所述转轴包括旋转主体和多个连接臂，所述旋转主体内部具有供所述输水管排布的空间，所述连接臂与所述夹具的底面以及保护罩连接。

6.根据权利要求5所述的掩模板蚀刻装置，其特征在于，所述兆声波发生器设置在多个连接臂之间的空间，所述兆声波发生器的高度低于所述夹具。

7.一种使用权利要求1至6任一项所述的掩模板蚀刻装置的蚀刻方法，其特征在于，包括：

使用夹具将掩模板夹起并上升至设定高度，其中掩模板的正面朝上；以及

位于掩模板上方蚀刻液喷嘴将蚀刻液喷淋至掩模板的正面，同时输水管将清洗液输送至兆声波发生器，再由清洗液喷嘴将带有兆声波的喷淋液喷淋至掩模板的背面，且蚀刻过程中掩模板旋转。

8.根据权利要求7所述的蚀刻方法，其特征在于，其中使用夹具将掩模板夹起并上升至设定高度之前还包括打开传送窗口，利用机械手臂将显影后的光掩模板放置在承载台上，并关闭传送窗口。

9.根据权利要求7所述的蚀刻方法，其特征在于，还包括：

蚀刻反应完成后，利用清洗液清洗掩模板；

通过旋转轴旋转将掩模板甩干；以及

传送窗口打开，机械手臂将蚀刻完成的掩模板取出。

10.根据权利要求7所述的蚀刻方法，其特征在于，所述兆声波的频率为1-2MHz。