專利名稱：一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板icp刻蝕機(jī)的刻蝕腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔。
背景技術(shù)：
刻蝕是半導(dǎo)體制造工藝、微電子IC制造工藝以及微納制造工藝中的一種相當(dāng)重要的工藝步驟，是與光刻相聯(lián)系的圖形化(pattern)處理的一種主要工藝。所謂刻蝕，實(shí)際上狹義理解就是光刻腐蝕，先通過光刻將光刻膠進(jìn)行光刻曝光處理，然后通過其它方式實(shí)現(xiàn)腐蝕處理掉所需除去的部分。隨著微制造工藝的發(fā)展；廣義上來講，刻蝕成了通過溶液、 反應(yīng)離子或其它機(jī)械方式來剝離、去除材料的一種統(tǒng)稱，成為微加工制造的一種普適叫法。 刻蝕最簡單最常用分類是干法刻蝕和濕法刻蝕。干法刻蝕種類很多，包括光揮發(fā)、氣相腐蝕、等離子體腐蝕等。其優(yōu)點(diǎn)是各向異性好，選擇比高，可控性、靈活性、重復(fù)性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無化學(xué)廢液，處理過程未引入污染，潔凈度高。缺點(diǎn)是成本高，設(shè)備復(fù)雜。干法刻蝕主要形式有純化學(xué)過程(如屏蔽式，下游式，桶式)，純物理過程(如離子銑)，物理化學(xué)過程， 常用的有反應(yīng)離子刻蝕RIE，離子束輔助自由基刻蝕ICP等。與其它刻蝕技術(shù)相比，ICP刻蝕技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高、裝置的環(huán)徑比更大、 裝置更小型化且操作簡單。同時(shí)ICP源具有至少在直徑20cm范圍內(nèi)的均勻性，可獨(dú)立控制離子密度和離子能量，已成為目前較為理想的等離子體源。ICP反應(yīng)可以得到大于 IO11cm-5的高密度等離子體，用以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的加工過程。例如，在常溫下深刻蝕硅片，可以獲得高刻蝕速率，高刻蝕縱寬比和高選擇比，同時(shí)保持側(cè)壁陡直。這種刻蝕工藝被廣泛應(yīng)用于各種深刻蝕，如MEMS的制作中。通過在鈍化和刻蝕之間加入一個(gè)去鈍化的步驟，或通過控制聚合薄層的厚度，合理調(diào)節(jié)其它刻蝕參數(shù)，不僅可以刻蝕出各向異性的端面，而且可以使得端面傾角在一定范圍內(nèi)有變化。利用ICP刻蝕技術(shù)刻蝕硅基材料和m-ν族化合物同樣可以獲得良好的刻蝕效果。ICP刻蝕技術(shù)廣泛應(yīng)用于微電子、LED及光伏領(lǐng)域。ICP刻蝕技術(shù)還用于制備 HB-LED的襯底。藍(lán)寶石襯底是LED的底層支撐，在藍(lán)寶石襯底上通過MOCVD依次生長GaN低溫成核層、N型摻雜層、多量子阱(MQW)層、P型摻雜層，再制作電極，就可以制成LED。在藍(lán)寶石襯底上通過光刻和刻蝕做圖形就可以得到圖形化藍(lán)寶石襯底，即I^tterned Sapphire Substrate，簡稱PSS。光刻工藝的目的是用光刻膠將需要刻蝕的藍(lán)寶石顯露，將不需要刻蝕的藍(lán)寶石掩護(hù)；刻蝕的目的是將未被光刻膠保護(hù)的那部分藍(lán)寶石刻蝕，以形成圖形。與藍(lán)寶石襯底相比，圖形化藍(lán)寶石襯底具有顯著優(yōu)勢(shì)。首先，將藍(lán)寶石襯底進(jìn)行圖形化處理后，在襯底表面生長GaN時(shí)，藍(lán)寶石與GaN的晶格失配會(huì)減小，從而減少由晶格失配引起的螺位錯(cuò)，就能有效地減少光生電子-空穴對(duì)由于螺位錯(cuò)引起的非輻射復(fù)合，提高LED的內(nèi)量子效率，增強(qiáng)LED的亮度；其次，由于從多量子阱產(chǎn)生的光線僅有單一的傳播方向，如果光線經(jīng)過圖形化處理的藍(lán)寶石襯底能夠增加光線的散射，這就使得光線有多個(gè)傳播方向。從多量子阱產(chǎn)生的光線傳播到空氣-藍(lán)寶石界面時(shí)，如果入射角大于 《—^·(空氣的折
a — 2 ι
射本》2力藍(lán)寶石的折射率)，光線發(fā)生全反射，返回LED;如果入射角小于β，光線就會(huì)發(fā)
生折射，傳播到空氣中。而LED的設(shè)計(jì)是單向出光的，不希望光線從藍(lán)寶石襯底一側(cè)射出。 做PSS后，藍(lán)寶石襯底上的圖形增加了光線的散射，使得光線有較多的傳播方向，就有更多的光線發(fā)生全反射返回LED，這些光線將從出光面出光，這樣就提高了 LED的光析出率，增強(qiáng)LED的亮度。制作PSS對(duì)提高LED的亮度意義重大，而光刻后的藍(lán)寶石片要經(jīng)過刻蝕才能形成 PSS,因此，刻蝕是制作PSS工藝中的關(guān)鍵工藝步驟?？涛g的目的在于根據(jù)光刻的情況選擇
性地去除部分藍(lán)寶石襯底材料。即利用處于等離子體狀態(tài)€12和605對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行物
理轟擊和化學(xué)腐蝕，將未被光刻膠覆蓋的藍(lán)寶石襯底刻蝕掉，而被光刻膠覆蓋的那部分藍(lán)寶石襯底不被刻蝕。這樣，經(jīng)過刻蝕機(jī)處理后，就在藍(lán)寶石襯底上形成圖形，制成藍(lán)寶石襯底。藍(lán)寶石刻蝕機(jī)的刻蝕速率和刻蝕均勻性對(duì)藍(lán)寶石襯底的制作至關(guān)重要。首先，刻蝕速率快，對(duì)于相同的刻蝕深度所需的刻蝕時(shí)間就少，生產(chǎn)效率就能夠得到提高。其次，刻蝕均勻性對(duì)于提高PSS產(chǎn)品的良率有決定性的作用。如果片內(nèi)均勻性好，那么在保證發(fā)光效率統(tǒng)一性的基礎(chǔ)上，在同一片藍(lán)寶石片上就可以分割出較多的LED襯底；如果藍(lán)寶石片片間均勻性較好，那么23片藍(lán)寶石片都可以用作高亮度LED的襯底，不會(huì)出現(xiàn)廢片?，F(xiàn)有的用于制作PSS的藍(lán)寶石刻蝕機(jī)存在諸多問題。首先，刻蝕速率達(dá)不到要求， 在藍(lán)寶石襯底上刻蝕一定的深度所需的時(shí)間較長。其次，刻蝕的片內(nèi)均勻性與片間的均勻性較差，刻蝕后PSS的良率很低。最后，刻蝕的吞吐量較小，甚至是單片刻蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有的用于制作PSS的藍(lán)寶石刻蝕機(jī)存在刻蝕速率不高、刻蝕均勻性差、吞吐量小的問題，提供了一種刻蝕速率高、刻蝕均勻性好、吞吐量大的干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，包括腔體，所述腔體上開有進(jìn)出片口、機(jī)械泵接口、下電極接口、分子泵接口，所述腔體的上端安裝有頂蓋和石英蓋，其特征在于所述腔體內(nèi)安裝有勻氣盤、穿過腔體底部和勻氣盤的工藝氣體管道，所述工藝氣體管道的氣體出口設(shè)置在勻氣盤上方并正對(duì)勻氣盤中心；所述勻氣盤的中間開有大于下電極直徑的下電極通口，所述勻氣盤上開有多個(gè)通氣孔，橫向上相鄰所述通氣孔的間距是等差數(shù)列遞增，縱向上相鄰所述通氣孔的間距從中心到邊緣是等差數(shù)列遞減。進(jìn)一步，所述腔體的外形是長方體，其內(nèi)腔是圓柱形。進(jìn)一步，所述勻氣盤通過支撐桿安裝在腔體內(nèi)。進(jìn)一步，所述進(jìn)出片口、分子泵接口均設(shè)置在腔體的側(cè)面上，所述機(jī)械泵接口、下電極接口均設(shè)置在腔體的底部。進(jìn)一步，所述勻氣盤上離分子泵接口遠(yuǎn)的通氣孔排列密集，離分子泵接口近的通氣孔排列稀疏。進(jìn)一步，所述腔體上設(shè)有觀察窗，所述觀察窗的高度與勻氣盤高度相當(dāng)。進(jìn)一步，所述通氣孔的直徑為0. 1-10毫米。進(jìn)一步，所述進(jìn)出片口的長度大于機(jī)械手的寬度，其寬度大于機(jī)械手和片盤的高度和。進(jìn)一步，所述下電極在腔體內(nèi)的初始高度低于所述進(jìn)出片口離腔體底部的距離。本發(fā)明的勻氣盤與石英蓋之間的距離滿足等離子體到達(dá)勻氣盤時(shí)等離子體密度最大、均勻性最好、能量最高的要求。本發(fā)明的工作過程如下
1、將進(jìn)出片口與閥門連接，將閥門與預(yù)真空腔連接；
2、將機(jī)械泵接口與閥門連接，再將閥門與機(jī)械泵連接；
3、將下電極接口與下電極連接；
4、將分子泵接口與抽氣管道及分子泵等連接；
5、將觀察窗密封；
6、機(jī)械泵對(duì)腔體抽真空；
7、機(jī)械手將片盤從預(yù)真空腔送往腔體的中心位置；
8、下電極上升，將片盤托起，至片盤與勻氣盤處于同一水平面；
9、機(jī)械手撤出腔體，關(guān)閉進(jìn)出片口處閥門；
10、分子泵對(duì)腔體抽真空；
11、工藝氣體經(jīng)工藝氣體管道通向腔體；
12、ICP射頻電源起輝產(chǎn)生等離子體，對(duì)無機(jī)材料基板進(jìn)行化學(xué)腐蝕，由于勻氣盤上通氣孔按照特定規(guī)律分布，等離子體的均勻性較好；
13、RIE射頻電源起輝，在下電極上產(chǎn)生偏壓，等離子體加速向無機(jī)材料基板運(yùn)動(dòng)，對(duì)無機(jī)材料基板進(jìn)行物理轟擊；
14、刻蝕工藝完成，關(guān)閉射頻電源，向腔體通氮?dú)夥磸?fù)進(jìn)行清洗，抽真空；
15、清洗完后，機(jī)械手將刻蝕后的片盤取出；
16、關(guān)閉機(jī)械泵處閥門、機(jī)械泵及分子泵。本發(fā)明的有益效果
(1)離分子泵接口較近的位置，等離子體被抽離得速度大，離分子泵接口越遠(yuǎn)，等離子體被抽離的速度越小，通氣孔的非均勻分布，使側(cè)抽氣時(shí)等離子的均勻分布。(2)勻氣盤與石英蓋之間的距離滿足特定要求，使等離子體到達(dá)勻氣盤時(shí)等離子體密度最大、均勻性最好、能量最高。(3)成本低、可靠性高。


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的縱向剖視圖。圖3是本發(fā)明的勻氣盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但并不將本發(fā)明局限于這些具體實(shí)施方式
。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進(jìn)方案和等效方案。參見圖1-3，一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，包括腔體1，所述腔體1上開有進(jìn)出片口 4、機(jī)械泵接口 5、下電極接口 6、分子泵接口 7，所述腔體1的上端安裝有頂蓋2和石英蓋3，所述腔體1內(nèi)安裝有勻氣盤8、穿過腔體1底部和勻氣盤8的工藝氣體管道9，所述工藝氣體管道9的氣體出口設(shè)置在勻氣盤8上方并正對(duì)勻氣盤8中心； 所述勻氣盤8的中間開有大于下電極直徑的下電極通口 11，所述勻氣盤8上開有多個(gè)通氣孔10，橫向上相鄰所述通氣孔10的間距是等差數(shù)列遞增，縱向上相鄰所述通氣孔10的間距從中心到邊緣是等差數(shù)列遞減。所述腔體1的外形是長方體，其內(nèi)腔是圓柱形。所述勻氣盤8通過四根支撐桿12安裝在腔體1內(nèi)，所述支撐桿12的高度是 200-400 毫米。所述進(jìn)出片口 4、分子泵接口 7均設(shè)置在腔體的側(cè)面上，所述機(jī)械泵接口 5、下電極接口 6均設(shè)置在腔體的底部。所述勻氣盤8上離分子泵接口 7遠(yuǎn)的通氣孔10排列密集，離分子泵接口 7近的通氣孔10排列稀疏。所述腔體1上設(shè)有觀察窗13，所述觀察窗13的高度與勻氣盤8高度相當(dāng)。所述通氣孔10的直徑為0. 1-10毫米。所述進(jìn)出片口 4的長度大于機(jī)械手的寬度，其寬度大于機(jī)械手和片盤的高度和。所述下電極在腔體1內(nèi)的初始高度低于所述進(jìn)出片口 4離腔體1底部的距離。本發(fā)明的勻氣盤與石英蓋之間的距離滿足等離子體到達(dá)勻氣盤時(shí)等離子體密度最大、均勻性最好、能量最高的要求。本發(fā)明的工作過程如下
1、將進(jìn)出片口4與閥門連接，將閥門與預(yù)真空腔連接；
2、將機(jī)械泵接口5與閥門連接，再將閥門與機(jī)械泵連接；
3、將下電極接口6與下電極連接；
4、將分子泵接口7與抽氣管道及分子泵等連接；
5、將觀察窗13密封；
6、機(jī)械泵對(duì)腔體1抽真空；
7、機(jī)械手將片盤從預(yù)真空腔送往腔體1的中心位置；
8、下電極上升，將片盤托起，至片盤與勻氣盤8處于同一水平面；
9、機(jī)械手撤出腔體1，關(guān)閉進(jìn)出片口4處閥門；
10、分子泵對(duì)腔體1抽真空；
11、工藝氣體經(jīng)工藝氣體管道9通向腔體1；
12、ICP射頻電源起輝產(chǎn)生等離子體，對(duì)無機(jī)材料基板進(jìn)行化學(xué)腐蝕，由于勻氣盤8上通氣孔10按照特定規(guī)律分布，等離子體的均勻性較好；
13、RIE射頻電源起輝，在下電極上產(chǎn)生偏壓，等離子體加速向無機(jī)材料基板運(yùn)動(dòng)，對(duì)無機(jī)材料基板進(jìn)行物理轟擊；
14、刻蝕工藝完成，關(guān)閉射頻電源，向腔體1通氮?dú)夥磸?fù)進(jìn)行清洗，抽真空；
15、清洗完后，機(jī)械手將刻蝕后的片盤取出；
16、關(guān)閉機(jī)械泵處閥門、機(jī)械泵及分子泵。
權(quán)利要求
1.一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，包括腔體，所述腔體上開有進(jìn)出片口、機(jī)械泵接口、下電極接口、分子泵接口，所述腔體的上端安裝有頂蓋和石英蓋，其特征在于所述腔體內(nèi)安裝有勻氣盤、穿過腔體底部和勻氣盤的工藝氣體管道，所述工藝氣體管道的氣體出口設(shè)置在勻氣盤上方并正對(duì)勻氣盤中心；所述勻氣盤的中間開有大于下電極直徑的下電極通口，所述勻氣盤上開有多個(gè)通氣孔，橫向上相鄰所述通氣孔的間距是等差數(shù)列遞增，縱向上相鄰所述通氣孔的間距從中心到邊緣是等差數(shù)列遞減。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，其特征在于所述腔體的外形是長方體，其內(nèi)腔是圓柱形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔， 其特征在于所述勻氣盤通過支撐桿安裝在腔體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，其特征在于所述進(jìn)出片口、分子泵接口均設(shè)置在腔體的側(cè)面上，所述機(jī)械泵接口、下電極接口均設(shè)置在腔體的底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，其特征在于所述勻氣盤上離分子泵接口遠(yuǎn)的通氣孔排列密集，離分子泵接口近的通氣孔排列稀疏。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，其特征在于所述腔體上設(shè)有觀察窗，所述觀察窗的高度與勻氣盤高度相當(dāng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，其特征在于所述通氣孔的直徑為0.1-10毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，其特征在于所述進(jìn)出片口的長度大于機(jī)械手的寬度，其寬度大于機(jī)械手和片盤的高度和。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，其特征在于所述下電極在腔體內(nèi)的初始高度低于所述進(jìn)出片口離腔體底部的距離。
全文摘要
一種干法刻蝕堅(jiān)硬無機(jī)材料基板ICP刻蝕機(jī)的刻蝕腔，包括腔體，所述腔體上開有進(jìn)出片口、機(jī)械泵接口、下電極接口、分子泵接口，所述腔體的上端安裝有頂蓋和石英蓋，所述腔體內(nèi)安裝有勻氣盤、穿過腔體底部和勻氣盤的工藝氣體管道，所述工藝氣體管道的氣體出口設(shè)置在勻氣盤上方并正對(duì)勻氣盤中心；所述勻氣盤的中間開有大于下電極直徑的下電極通口，所述勻氣盤上開有多個(gè)通氣孔，橫向上相鄰所述通氣孔的間距是等差數(shù)列遞增，縱向上相鄰所述通氣孔的間距從中心到邊緣是等差數(shù)列遞減。本發(fā)明的有益效果等離子體密度最大、均勻性最好、能量最高；成本低、可靠性高。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102368465SQ201110279578
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者李超波, 汪明剛, 陳波, 黃成強(qiáng) 申請(qǐng)人:嘉興科民電子設(shè)備技術(shù)有限公司