專利名稱：一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極。
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、性價比高、裝置的環(huán)徑比更大、 裝置更小型化且操作簡單。同時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Patterned 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。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，藍(lán)寶石與GaN的晶格失配會減小，從而減少由晶格失配引起的螺位錯，就能有效地減少光生電子-空穴對由于螺位錯引起的非輻射復(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，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，光線就會發(fā)
生折射，傳播到空氣中。而LED的設(shè)計是單向出光的，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藍(lán)寶石襯底的制作至關(guān)重要。首先，刻蝕速率快，對于相同的刻蝕深度所需的刻蝕時間就少，生產(chǎn)效率就能夠得到提高。其次，刻蝕均勻性對于提高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，不會出現(xiàn)廢片。下電極不僅是刻蝕系統(tǒng)刻蝕基片的支撐，而且為刻蝕腔中等離子體系統(tǒng)通過下偏壓，使等離子體下基片加速運(yùn)動從而對基片進(jìn)行物理轟擊，與化學(xué)腐蝕配套進(jìn)行刻蝕。現(xiàn)有的用于刻蝕無機(jī)材料基板的ICP刻蝕機(jī)的下電極存在諸多問題。首先，電極盤只能放置一片晶片，導(dǎo)致刻蝕系統(tǒng)只能進(jìn)行單片刻蝕，不利于規(guī)模化生產(chǎn)。其次，為了得到較好的刻蝕結(jié)果，需要采用氣體冷卻的方法對單片基片進(jìn)行冷卻，冷卻氣流很容易將基片吹起偏離原有位置，因此，電極系統(tǒng)要附帶壓片機(jī)構(gòu)，其增加了電極系統(tǒng)設(shè)計和加工的難度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決現(xiàn)有的用于刻蝕無機(jī)材料基板的ICP刻蝕機(jī)的下電極存在不能規(guī)?；a(chǎn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、可批量刻蝕的干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極，包括用于與刻蝕腔固定連接的導(dǎo)軌器，所述導(dǎo)軌器內(nèi)安裝有可在其內(nèi)作升降運(yùn)動的升降器，所述升降器上固定連接有下電極托盤，所述下電極托盤設(shè)置在導(dǎo)軌器的上方，其特征在于所述下電極托盤包括固定連接的頂盤和底盤，所述頂盤的下部開有圓柱形槽，所述圓柱形槽內(nèi)固定安裝有勻氣盤，所述勻氣盤與頂盤、底盤之間均設(shè)有間隙，所述勻氣盤的中心設(shè)有將氣體通向頂盤的第一通孔，所述第一通孔與冷卻氣入口連通；所述底盤的底部中心開有第二通孔，所述第二通孔與第一通孔隔離設(shè)置，所述第二通孔的底端連接有密封管，所述第二通孔與冷卻氣出口連通。進(jìn)一步，所述升降器安裝在帶動其運(yùn)動的絲桿上，所述絲桿的底部與伺服電機(jī)的輸出軸連接，所述絲桿可轉(zhuǎn)動的安裝在導(dǎo)軌器內(nèi)的絲桿固定器上，所述伺服電機(jī)安裝在導(dǎo)軌器的底部。進(jìn)一步，所述下電極托盤通過支撐桿固定連接在升降器的上方。進(jìn)一步，所述勻氣盤的直徑小于圓柱形槽的直徑。進(jìn)一步，所述頂盤與底盤之間、所述頂盤與勻氣盤之間、所述絲桿固定器與導(dǎo)軌器之間、所述支撐桿與下電極托盤之間、所述支撐桿與升降器之間、所述伺服電機(jī)與導(dǎo)軌器之間以及所述密封管與底盤之間均通過螺釘固定連接。本實(shí)用新型用伺服電機(jī)啟動絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿左右轉(zhuǎn)動帶動升降器的上下運(yùn)動，從而升降器帶動下電極托盤上下運(yùn)動運(yùn)送晶片。所述下電極托盤能托起多片晶片，適用于批量刻蝕。為了得到較好的刻蝕結(jié)果，下電極托盤需要冷卻。本實(shí)用新型通過勻氣盤將冷卻氣從冷卻氣入口導(dǎo)入到第一通孔并進(jìn)入到頂盤的圓柱形槽內(nèi)，從而達(dá)到冷卻頂盤的目的， 這樣可以避免晶片被冷卻氣的氣流沖起，不再需要壓片系統(tǒng)進(jìn)行壓片操作；而且冷卻氣可以經(jīng)底盤的第二通孔從冷卻氣出口中流出，使冷卻氣可以從冷卻氣入口中源源不斷的進(jìn)入冷卻頂盤，使冷卻效果更加，得到更好的刻蝕結(jié)果。本實(shí)用新型的使用過程1、將導(dǎo)軌器與刻蝕腔底部連接，兩者之間采用密封圈密封；2、機(jī)械手將片盤從預(yù)真空腔送往刻蝕腔的中心位置；3、啟動伺服電機(jī)，其輸出軸開始轉(zhuǎn)動，帶動絲桿轉(zhuǎn)動；4、絲桿的轉(zhuǎn)動帶動升降器上升；5、升降器上升帶動下電極托盤上升，將片盤頂起一定高度；6、機(jī)械手撤出刻蝕腔，閥門關(guān)閉；7、冷卻氣體從冷卻氣入口進(jìn)入勻氣盤，帶走下電極托盤的熱量，從冷卻氣出口導(dǎo)出；8、刻蝕過程結(jié)束后，機(jī)械手從預(yù)真空腔進(jìn)入刻蝕腔的中心位置；9、伺服電機(jī)關(guān)閉轉(zhuǎn)動方向，下電極托盤和片盤開始下降，在下降到與機(jī)械手同一高度時，片盤落在機(jī)械手上，下電極托盤繼續(xù)下降到原始位置；10、機(jī)械手載著片盤撤出刻蝕腔。本實(shí)用新型的有益效果( 1)下電極托盤的冷卻效果好，從而使刻蝕效果好。(2)由于下電極托盤始從內(nèi)部冷卻，避免晶片被冷卻氣的氣流沖起，不再需要壓片系統(tǒng)進(jìn)行壓片操作，結(jié)構(gòu)更簡單可靠。(3)下電極托盤能托起多片晶片，適用于批量刻蝕，利于規(guī)?；a(chǎn)。
圖1是本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的縱向剖視圖。
具體實(shí)施方式
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例來對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明，但并不將本實(shí)用新型局限于這些具體實(shí)施方式
。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，本實(shí)用新型涵蓋了權(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。參照圖1、圖2，一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極，包括用于與刻蝕腔固定連接的導(dǎo)軌器2，所述導(dǎo)軌器2內(nèi)安裝有可在其內(nèi)作升降運(yùn)動的升降器4， 所述升降器4上固定連接有下電極托盤，所述下電極托盤設(shè)置在導(dǎo)軌器2的上方，所述下電極托盤包括固定連接的頂盤7和底盤8，所述頂盤7的下部開有圓柱形槽，所述圓柱形槽內(nèi)固定安裝有勻氣盤12，所述勻氣盤12與頂盤7、底盤8之間均設(shè)有間隙，所述勻氣盤12的中心設(shè)有將氣體通向頂盤的第一通孔13，所述第一通孔13與冷卻氣入口 9連通；所述底盤 8的底部中心開有第二通孔14，所述第二通孔14與第一通孔13隔離設(shè)置，所述第二通孔13 的底端連接有密封管10，所述第二通孔14與冷卻氣出口 11連通。所述升降器4安裝在帶動其運(yùn)動的絲桿5上，所述絲桿5的底部與伺服電機(jī)1的輸出軸連接，所述絲桿5可轉(zhuǎn)動的安裝在導(dǎo)軌器2內(nèi)的絲桿固定器3上，所述伺服電機(jī)1安裝在導(dǎo)軌器2的底部。所述下電極托盤通過支撐桿6固定連接在升降器4的上方。所述勻氣盤12的直徑小于圓柱形槽的直徑。所述頂盤7與底盤8之間、所述頂盤7與勻氣盤12之間、所述絲桿固定器3與導(dǎo)軌器2之間、所述支撐桿6與下電極托盤之間、所述支撐桿6與升降器4之間、所述伺服電機(jī)1與導(dǎo)軌器2之間以及所述密封管10與底盤8之間均通過螺釘固定連接。本實(shí)用新型用伺服電機(jī)1啟動絲桿5轉(zhuǎn)動，絲桿5左右轉(zhuǎn)動帶動升降器4的上下運(yùn)動，從而升降器4帶動下電極托盤上下運(yùn)動運(yùn)送晶片。所述下電極托盤能托起多片晶片， 適用于批量刻蝕。為了得到較好的刻蝕結(jié)果，下電極托盤需要冷卻。本實(shí)用新型通過勻氣盤12將冷卻氣從冷卻氣入口 9導(dǎo)入到第一通孔13并進(jìn)入到頂盤7的圓柱形槽內(nèi)，從而達(dá)到冷卻頂盤7的目的，這樣可以避免晶片被冷卻氣的氣流沖起，不再需要壓片系統(tǒng)進(jìn)行壓片操作；而且冷卻氣可以經(jīng)底盤8的第二通孔14從冷卻氣出口 11中流出，使冷卻氣可以從冷卻氣入口 9中源源不斷的進(jìn)入冷卻頂盤7，使冷卻效果更加，得到更好的刻蝕結(jié)果。本實(shí)用新型的使用過程1、將導(dǎo)軌器2與刻蝕腔底部連接，兩者之間采用密封圈密封；2、機(jī)械手將片盤從預(yù)真空腔送往刻蝕腔的中心位置；3、啟動伺服電機(jī)1，其輸出軸開始轉(zhuǎn)動，帶動絲桿5轉(zhuǎn)動；4、絲桿5的轉(zhuǎn)動帶動升降器4上升；5、升降器4上升帶動下電極托盤上升，將片盤頂起一定高度；6、機(jī)械手撤出刻蝕腔，閥門關(guān)閉；7、冷卻氣體從冷卻氣入口 9進(jìn)入勻氣盤12，帶走下電極托盤的熱量，從冷卻氣出口 11導(dǎo)出；8、刻蝕過程結(jié)束后，機(jī)械手從預(yù)真空腔進(jìn)入刻蝕腔的中心位置；9、伺服電機(jī)1關(guān)閉轉(zhuǎn)動方向，下電極托盤和片盤開始下降，在下降到與機(jī)械手同一高度時，片盤落在機(jī)械手上，下電極托盤繼續(xù)下降到原始位置；10、機(jī)械手載著片盤撤出刻蝕腔。
權(quán)利要求1.一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極，包括用于與刻蝕腔固定連接的導(dǎo)軌器，所述導(dǎo)軌器內(nèi)安裝有可在其內(nèi)作升降運(yùn)動的升降器，所述升降器上固定連接有下電極托盤，所述下電極托盤設(shè)置在導(dǎo)軌器的上方，其特征在于所述下電極托盤包括固定連接的頂盤和底盤，所述頂盤的下部開有圓柱形槽，所述圓柱形槽內(nèi)固定安裝有勻氣盤， 所述勻氣盤與頂盤、底盤之間均設(shè)有間隙，所述勻氣盤的中心設(shè)有將氣體通向頂盤的第一通孔，所述第一通孔與冷卻氣入口連通；所述底盤的底部中心開有第二通孔，所述第二通孔與第一通孔隔離設(shè)置，所述第二通孔的底端連接有密封管，所述第二通孔與冷卻氣出口連O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極， 其特征在于所述升降器安裝在帶動其運(yùn)動的絲桿上，所述絲桿的底部與伺服電機(jī)的輸出軸連接，所述絲桿可轉(zhuǎn)動的安裝在導(dǎo)軌器內(nèi)的絲桿固定器上，所述伺服電機(jī)安裝在導(dǎo)軌器的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極，其特征在于所述下電極托盤通過支撐桿固定連接在升降器的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極， 其特征在于所述勻氣盤的直徑小于圓柱形槽的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極， 其特征在于所述頂盤與底盤之間、所述頂盤與勻氣盤之間、所述絲桿固定器與導(dǎo)軌器之間、所述支撐桿與下電極托盤之間、所述支撐桿與升降器之間、所述伺服電機(jī)與導(dǎo)軌器之間以及所述密封管與底盤之間均通過螺釘固定連接。
專利摘要一種干法刻蝕堅硬無機(jī)材料基板等離子體刻蝕機(jī)的電極，包括用于與刻蝕腔固定連接的導(dǎo)軌器，所述導(dǎo)軌器內(nèi)安裝有可在其內(nèi)作升降運(yùn)動的升降器，所述升降器上固定連接有下電極托盤，所述下電極托盤設(shè)置在導(dǎo)軌器的上方，所述下電極托盤包括固定連接的頂盤和底盤，所述頂盤的下部開有圓柱形槽，所述圓柱形槽內(nèi)固定安裝有勻氣盤，所述勻氣盤與頂盤、底盤之間均設(shè)有間隙，所述勻氣盤的中心設(shè)有將氣體通向頂盤的第一通孔，所述第一通孔與冷卻氣入口連通；所述底盤的底部中心開有第二通孔，所述第二通孔與第一通孔隔離設(shè)置，所述第二通孔的底端連接有密封管，所述第二通孔與冷卻氣出口連通。本實(shí)用新型的有益效果冷卻效果好，從而使刻蝕效果好。
文檔編號H01J37/32GK202307823SQ201120352699
公開日2012年7月4日 申請日期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) 申請人:中國科學(xué)院嘉興微電子儀器與設(shè)備工程中心