[发明专利]一种刻蚀设备及刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种刻蚀设备，基板的上表面依次覆盖有金属层和具有镂空图案的掩膜层，所述刻蚀设备包括刻蚀槽、加压装置和第一喷淋装置，所述第一喷淋装置悬于所述刻蚀槽上方，用于透过所述掩膜层的镂空图案对所述金属层喷淋添加有带电粒子的刻蚀液；所述加压装置设于所述刻蚀槽内的所述基板旁，用于间歇性地对所述金属层施加电压，且所述金属层的电压极性与所述带电粒子的极性相反。本发明通过在刻蚀液中添加带电的高分子颜料或树脂胶体粒子，当施加电场时带电粒子会朝向电极运动，从而吸附在刻蚀出的凹槽侧壁，可以改善湿刻侧向刻蚀，实现了用湿法刻蚀刻出垂直taper角的目的。

技术领域

本发明涉及基板刻蚀技术领域，尤其涉及一种刻蚀设备及刻蚀方法。

背景技术

随着航空、航天、军工、X射线光谱学、天体物理学等领域的快速发展，亚微米周期金属自支撑透射光栅变得越来越重要。纳米压印技术是一种高效率、低成本、快速的纳米图案转移技术，它已经成功获得了5nm以下的纳米图案，在亚波长微器件的制作方面具有广阔的应用前景。

基于纳米压印制作的光栅可以小到一般光刻达不到的光栅周期，即利用纳米压印可以得到一般光刻得不到的一级光栅。但是，对压印光栅的刻蚀又是光栅制作中极其重要的一步，正确的刻蚀方法才能够保证光栅的深度、形状等。

制作纳米压印的金属光栅需要保证有尽量小的侧向刻蚀，以保持高度的垂直刻蚀。其中，化学湿法腐蚀技术虽然很早就已应用于各种半导体材料的图形转移，然而一般的湿法腐蚀刻制光栅，大面积上的均匀性较差，成品率和重复性不好，光栅深度有限，容易对金属光栅造成侧向刻蚀，形成非垂直的taper角(刻蚀后侧壁的角度)。为了克服湿法腐蚀的缺点，近年来采用的干法刻蚀工艺使激光器的制作成品率和器件性能都得到了提高，然而，物理干法刻蚀过程中掩膜与被刻蚀的材料会同时被刻蚀，形成的金属光栅的taper角也为扩口的倾斜角，无法保证图案的刻蚀精度，而且该刻蚀方法同时存在刻蚀速率慢，刻蚀槽内沉积物大量增多的情况。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种刻蚀设备及刻蚀方法，可以保证刻蚀速率，并有效改善侧向刻蚀，刻蚀出垂直的taper角，保证刻蚀精度。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种刻蚀设备，基板的上表面依次覆盖有金属层和具有镂空图案的掩膜层，所述刻蚀设备包括刻蚀槽、加压装置和第一喷淋装置，所述第一喷淋装置悬于所述刻蚀槽上方，用于透过所述掩膜层的镂空图案对所述金属层喷淋添加有带电粒子的刻蚀液；所述加压装置设于所述刻蚀槽内的所述基板旁，用于间歇性地对所述金属层施加电压，且所述金属层的电压极性与所述带电粒子的极性相反。

作为其中一种实施方式，所述带电粒子为高分子颜料或树脂胶体粒子。

作为其中一种实施方式，所述加压装置包括脉冲电源、分别自所述脉冲电源引出的两根电极悬臂和分别固定在两根不同的所述电极悬臂上的正极探针和负极探针，在刻蚀过程中，所述正极探针或所述负极探针与所述金属层接触。

作为其中一种实施方式，所述正极探针和所述负极探针在纵向上间隔设置，在刻蚀过程中，所述正极探针和所述负极探针的其中一个与所述金属层上表面接触，另一个与所述基板下表面接触；所述金属层刻蚀完成后，所述正极探针和所述负极探针在纵向上相互远离，以分别与对应的所述金属层和所述基板间隔开。

作为其中一种实施方式，所述正极探针与所述金属层上表面接触，所述带电粒子为氢氧根负离子颜料或树脂；或者，所述负极探针与所述金属层上表面接触，所述带电粒子为氨基正离子颜料或树脂。

作为其中一种实施方式，所述的刻蚀设备还包括设于所述刻蚀槽内的第一传送装置和第二传送装置，所述第一传送装置用于沿所述刻蚀槽的长度方向搬运所述基板，所述第二传送装置用于沿着或背向所述基板的搬运方向传输所述正极探针和所述负极探针。

本发明的另一目的在于提供一种刻蚀方法，包括：