基于電化學(xué)微加工的光掩模版制備裝置和制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于電化學(xué)微加工的光掩模版制備裝置和制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光掩模版是光刻工藝中需要的一整套(幾塊多至十幾塊)相互間能精確套準(zhǔn)的、具有特定幾何圖形的光復(fù)印掩蔽模版的簡(jiǎn)稱。光掩模版的制造是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中工藝、設(shè)備、管理技術(shù)要求最高，資金投入比重最大的瓶頸工序。近年來，隨著集成電路集成度的提高和納米技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)光刻分辨率的要求不斷提高，因此，相應(yīng)的光刻掩模版精度要求也在不斷提高。
[0003]目前光刻掩模版的制作方法一般可分為三類:光學(xué)制版(照相精縮法、圖形發(fā)生器法)、激光直寫法和電子束曝光法。光學(xué)制版工藝成熟，價(jià)格低廉，在微米級(jí)掩模版制作中應(yīng)用廣泛，其極限分辨率為1-2微米。激光直寫技術(shù)可以將模板的最小線寬降至亞微米尺度，當(dāng)采用干涉光刻技術(shù)時(shí)可以得到100納米的線條精度，但只適用于周期性條紋和點(diǎn)陣的制作。若要實(shí)現(xiàn)100納米以下任意圖案掩模版的制作，則必須通過電子束光刻(ElectronBeam Lithography, EBL)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。電子束光刻具有極高的分辨率，理論極限分辨率可達(dá)3納米。但是電子束光刻設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，因此高精度納米級(jí)掩模版通常制作費(fèi)用高昂。在科學(xué)研宄與新產(chǎn)品試制過程中，科研人員對(duì)于微納器件制造需求的特點(diǎn)是精度要求高且類型多變，因此對(duì)于高精度掩模版需求較大。如果采用電子束曝光技術(shù)制作，昂貴的制版費(fèi)用將使研宄與開發(fā)成本大大增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于電化學(xué)微加工的光掩模版制備裝置和制備方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，加工效率和加工精度高。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種基于電化學(xué)微加工的光掩模版制備裝置，其特征在于，包括:
[0007]盛有刻蝕溶液的刻蝕槽，所述刻蝕槽用于放置待加工的掩模版；
[0008]裝于電極架上的微細(xì)加工電極，所述微細(xì)加工電極與所述待加工掩模版相對(duì)安置；
[0009]高頻脈沖電源，所述高頻脈沖電源在所述微細(xì)加工電極和所述待加工掩模版之間加載高頻脈沖電信號(hào)，使得所述刻蝕液在所述待加工掩模版上刻蝕；
[0010]所述微細(xì)加工電極或所述待加工掩模版被配置成可按照預(yù)設(shè)掩模版圖形運(yùn)動(dòng)，以使所述刻蝕液在所述待加工掩模版上刻蝕出所需圖形。
[0011]優(yōu)選地:
[0012]所述刻蝕槽安放在三維位移臺(tái)上，所述三維位移臺(tái)受控制在XYZ三軸方向運(yùn)動(dòng)以使所述刻蝕槽承載所述待加工掩模版按照所述預(yù)設(shè)掩模版圖形運(yùn)動(dòng)。
[0013]所述光刻掩模版是掩模層為金屬鉻的玻璃或石英版。
[0014]所述掩模層厚度為30?lOOnm。
[0015]所述加工電極的尖端的圓角半徑為10?500nm。
[0016]所述微細(xì)加工電極為鎢、鉑或金制作的針狀或圓柱狀電極。
[0017]所述刻蝕溶液為硝酸鹽或氯化物或堿刻蝕溶液。
[0018]所述脈沖電源參數(shù)包括電壓幅值為I?5V，頻率為I?500MHz，脈沖寬度為
0.5ns?500ns，加工電流密度值為2?10A/cm2。
[0019]一種使用所述光掩模版制備裝置的光掩模版制備方法，包括:
[0020]在所述微細(xì)加工電極和所述待加工掩模版之間加載高頻脈沖電信號(hào)的同時(shí)，控制所述微細(xì)加工電極或所述待加工掩模版按照預(yù)設(shè)掩模版圖形運(yùn)動(dòng)，使得所述刻蝕液在所述待加工掩模版上刻蝕出所需圖形。
[0021]優(yōu)選地，在開始水平加工刻蝕之前，先使所述微細(xì)加工電極相對(duì)于所述待加工掩模版垂直進(jìn)給，通過監(jiān)測(cè)所述微細(xì)加工電極與所述待加工掩模版間的電流值來控制所述微細(xì)加工電極與所述待加工掩模版的相對(duì)進(jìn)給速度，在檢測(cè)到電流發(fā)生突變前按照第一速度進(jìn)給，在檢測(cè)到電流發(fā)生突變后按照低于所述第一速度的第二速度進(jìn)給并以設(shè)定的加工電流密度進(jìn)行加工，直到使掩模層蝕穿。
[0022]所述第一速度為5?10 μ m/s，所述第二速度的速度為I?10nm/s。
[0023]本發(fā)明的有益效果有:
[0024]本發(fā)明采用的基于電化學(xué)微加工的探針刻蝕技術(shù)制備光刻掩模版，經(jīng)測(cè)試可獲得的最小加工線寬可達(dá)lOOnm，遠(yuǎn)高于光學(xué)制版工藝的加工精度，而成本卻遠(yuǎn)低于電子束曝光設(shè)備。具體體現(xiàn)為:采用高頻脈沖電信號(hào)可大幅提高電化學(xué)刻蝕精度，達(dá)到遠(yuǎn)高于光學(xué)制版工藝的加工精度；設(shè)備成本低，本發(fā)明所需的微細(xì)加工電極用現(xiàn)有的制作工藝容易制備，例如，容易獲得尖端圓角半徑小于30nm的針狀電極；設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需高能束流與真空環(huán)境，加工成本極低。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的基于電化學(xué)微加工的光掩模版制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例中微細(xì)加工電極與光刻掩模版的局部A放大結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0028]參見圖1和圖2，一種基于高頻脈沖電化學(xué)微刻蝕的光刻掩模版制備裝置，包括:盛有刻蝕溶液2的刻蝕槽6，光刻掩模版如鉻版7固定于刻蝕槽6的底部，刻蝕槽6可安放在三維位移臺(tái)I上，鉻版7可由金屬鉻層9與玻璃或石英基底10組成，微細(xì)加工電極3可裝夾于電極架4上，高頻脈沖電源5的正負(fù)極兩端分別連接于鉻版表面的金屬鉻層9上和微細(xì)加工電極3上?？赏ㄟ^上位機(jī)控制加工電極3垂直向鉻版7進(jìn)給，同時(shí)打開脈沖電源5在微細(xì)加工電極3和金屬鉻層9之間施加高頻脈沖信號(hào)，通過監(jiān)測(cè)微細(xì)加工電極3與金屬鉻層9間電流值控制加工電極的進(jìn)給速度與終點(diǎn)。完成進(jìn)給后，通過上位機(jī)控制加工電極3或工作臺(tái)I按照預(yù)設(shè)掩模版圖形運(yùn)動(dòng)，完成掩模版上鉻層的刻蝕加工。微細(xì)加工電極3可以為鎢、鉑、金等金屬制作的針狀或圓柱狀電極，微細(xì)加工電極3可由電化學(xué)腐蝕、機(jī)械研磨、電火花加工或納米線生長(zhǎng)獲得。優(yōu)選地，微細(xì)加工電極3的尖端圓角半徑為10?500nm。優(yōu)選地，刻蝕加工時(shí)的高頻脈沖信號(hào)的電壓峰值為I?5V，頻率為I?500MHz，脈沖寬度為
0.5ns ?500ns。
[0029]以下以示例性的實(shí)施例說明本發(fā)明的制備方法。
[0030]實(shí)施例1
[0031]本實(shí)施例采用鎢電極電化學(xué)刻蝕光刻掩模板，工藝具體可包括以下步驟:
[0032]I)將待加工的鉻版7置于刻蝕平臺(tái)底部的工作臺(tái)I上并進(jìn)行定位，其中金屬鉻掩模層厚度為80nm，鉻版為2英寸。
[0033]2)將刻蝕溶液2注入刻蝕平臺(tái)，使液面高度超過掩模板2mm，該刻蝕溶液的配方如下:
[0034]NaN03 100g/L<