CN102368465A

CN102368465A - 一种干法刻蚀坚硬无机材料基板icp刻蚀机的刻蚀腔

Info

Publication number: CN102368465A
Application number: CN2011102795781A
Authority: CN
Inventors: 黄成强; 汪明刚; 陈波; 李超波
Original assignee: JIAXING KEMIN ELECTRONIC EQUIPMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIAXING KEMIN ELECTRONIC EQUIPMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2012-03-07

Abstract

一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，包括腔体，所述腔体上开有进出片口、机械泵接口、下电极接口、分子泵接口，所述腔体的上端安装有顶盖和石英盖，所述腔体内安装有匀气盘、穿过腔体底部和匀气盘的工艺气体管道，所述工艺气体管道的气体出口设置在匀气盘上方并正对匀气盘中心；所述匀气盘的中间开有大于下电极直径的下电极通口，所述匀气盘上开有多个通气孔，横向上相邻所述通气孔的间距是等差数列递增，纵向上相邻所述通气孔的间距从中心到边缘是等差数列递减。本发明的有益效果：等离子体密度最大、均匀性最好、能量最高；成本低、可靠性高。

Description

一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔

技术领域

本发明涉及一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔。

背景技术

刻蚀是半导体制造工艺、微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的工艺步骤，是与光刻相联系的图形化（pattern）处理的一种主要工艺。所谓刻蚀，实际上狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。随着微制造工艺的发展；广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。刻蚀最简单最常用分类是干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀种类很多，包括光挥发、气相腐蚀、等离子体腐蚀等。其优点是：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。缺点是：成本高，设备复杂。干法刻蚀主要形式有纯化学过程（如屏蔽式，下游式，桶式），纯物理过程（如离子铣），物理化学过程，常用的有反应离子刻蚀RIE，离子束辅助自由基刻蚀ICP等。

与其它刻蚀技术相比，ICP刻蚀技术结构简单、性价比高、装置的环径比更大、装置更小型化且操作简单。同时ICP源具有至少在直径20cm范围内的均匀性，可独立控制离子密度和离子能量，已成为目前较为理想的等离子体源。ICP反应可以得到大于

Figure 2011102795781100002DEST_PATH_IMAGE001

的高密度等离子体，用以实现先进的加工过程。例如，在常温下深刻蚀硅片，可以获得高刻蚀速率，高刻蚀纵宽比和高选择比，同时保持侧壁陡直。这种刻蚀工艺被广泛应用于各种深刻蚀，如MEMS的制作中。通过在钝化和刻蚀之间加入一个去钝化的步骤，或通过控制聚合薄层的厚度，合理调节其它刻蚀参数，不仅可以刻蚀出各向异性的端面，而且可以使得端面倾角在一定范围内有变化。利用ICP刻蚀技术刻蚀硅基材料和

族化合物同样可以获得良好的刻蚀效果。

ICP刻蚀技术广泛应用于微电子、LED及光伏领域。ICP刻蚀技术还用于制备HB-LED的衬底。

蓝宝石衬底是LED的底层支撑，在蓝宝石衬底上通过MOCVD依次生长

低温成核层、N型掺杂层、多量子阱(MQW)层、P型掺杂层，再制作电极，就可以制成LED。在蓝宝石衬底上通过光刻和刻蚀做图形就可以得到图形化蓝宝石衬底，即Patterned Sapphire Substrate，简称PSS。光刻工艺的目的是用光刻胶将需要刻蚀的蓝宝石显露，将不需要刻蚀的蓝宝石掩护；刻蚀的目的是将未被光刻胶保护的那部分蓝宝石刻蚀，以形成图形。与蓝宝石衬底相比，图形化蓝宝石衬底具有显著优势。首先，将蓝宝石衬底进行图形化处理后，在衬底表面生长

时，蓝宝石与

的晶格失配会减小，从而减少由晶格失配引起的螺位错，就能有效地减少光生电子-空穴对由于螺位错引起的非辐射复合，提高LED的内量子效率，增强LED的亮度；其次，由于从多量子阱产生的光线仅有单一的传播方向，如果光线经过图形化处理的蓝宝石衬底能够增加光线的散射，这就使得光线有多个传播方向。从多量子阱产生的光线传播到空气-蓝宝石界面时，如果入射角大于

（空气的折射率，

为蓝宝石的折射率），光线发生全反射，返回LED；如果入射角小于，光线就会发生折射，传播到空气中。而LED的设计是单向出光的，不希望光线从蓝宝石衬底一侧射出。做PSS后，蓝宝石衬底上的图形增加了光线的散射，使得光线有较多的传播方向，就有更多的光线发生全反射返回LED，这些光线将从出光面出光，这样就提高了LED的光析出率，增强LED的亮度。

制作PSS对提高LED的亮度意义重大，而光刻后的蓝宝石片要经过刻蚀才能形成PSS，因此，刻蚀是制作PSS工艺中的关键工艺步骤。刻蚀的目的在于根据光刻的情况选择性地去除部分蓝宝石衬底材料。即利用处于等离子体状态

和

对蓝宝石衬底进行物理轰击和化学腐蚀，将未被光刻胶覆盖的蓝宝石衬底刻蚀掉，而被光刻胶覆盖的那部分蓝宝石衬底不被刻蚀。这样，经过刻蚀机处理后，就在蓝宝石衬底上形成图形，制成蓝宝石衬底。

蓝宝石刻蚀机的刻蚀速率和刻蚀均匀性对蓝宝石衬底的制作至关重要。首先，刻蚀速率快，对于相同的刻蚀深度所需的刻蚀时间就少，生产效率就能够得到提高。其次，刻蚀均匀性对于提高PSS产品的良率有决定性的作用。如果片内均匀性好，那么在保证发光效率统一性的基础上，在同一片蓝宝石片上就可以分割出较多的LED衬底；如果蓝宝石片片间均匀性较好，那么23片蓝宝石片都可以用作高亮度LED的衬底，不会出现废片。

现有的用于制作PSS的蓝宝石刻蚀机存在诸多问题。首先，刻蚀速率达不到要求，在蓝宝石衬底上刻蚀一定的深度所需的时间较长。其次，刻蚀的片内均匀性与片间的均匀性较差，刻蚀后PSS的良率很低。最后，刻蚀的吞吐量较小，甚至是单片刻蚀。

发明内容

本发明要解决现有的用于制作PSS的蓝宝石刻蚀机存在刻蚀速率不高、刻蚀均匀性差、吞吐量小的问题，提供了一种刻蚀速率高、刻蚀均匀性好、吞吐量大的干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔。

本发明采用的技术方案是：

一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，包括腔体，所述腔体上开有进出片口、机械泵接口、下电极接口、分子泵接口，所述腔体的上端安装有顶盖和石英盖，其特征在于：所述腔体内安装有匀气盘、穿过腔体底部和匀气盘的工艺气体管道，所述工艺气体管道的气体出口设置在匀气盘上方并正对匀气盘中心；所述匀气盘的中间开有大于下电极直径的下电极通口，所述匀气盘上开有多个通气孔，横向上相邻所述通气孔的间距是等差数列递增，纵向上相邻所述通气孔的间距从中心到边缘是等差数列递减。

进一步，所述腔体的外形是长方体，其内腔是圆柱形。

进一步，所述匀气盘通过支撑杆安装在腔体内。

进一步，所述进出片口、分子泵接口均设置在腔体的侧面上，所述机械泵接口、下电极接口均设置在腔体的底部。

进一步，所述匀气盘上离分子泵接口远的通气孔排列密集，离分子泵接口近的通气孔排列稀疏。

进一步，所述腔体上设有观察窗，所述观察窗的高度与匀气盘高度相当。

进一步，所述通气孔的直径为0.1-10毫米。

进一步，所述进出片口的长度大于机械手的宽度，其宽度大于机械手和片盘的高度和。

进一步，所述下电极在腔体内的初始高度低于所述进出片口离腔体底部的距离。

本发明的匀气盘与石英盖之间的距离满足等离子体到达匀气盘时等离子体密度最大、均匀性最好、能量最高的要求。

本发明的工作过程如下：

1、将进出片口与阀门连接，将阀门与预真空腔连接；

2、将机械泵接口与阀门连接，再将阀门与机械泵连接；

3、将下电极接口与下电极连接；

4、将分子泵接口与抽气管道及分子泵等连接；

5、将观察窗密封；

6、机械泵对腔体抽真空；

7、机械手将片盘从预真空腔送往腔体的中心位置；

8、下电极上升，将片盘托起，至片盘与匀气盘处于同一水平面；

9、机械手撤出腔体，关闭进出片口处阀门；

10、分子泵对腔体抽真空；

11、工艺气体经工艺气体管道通向腔体；

12、ICP射频电源起辉产生等离子体，对无机材料基板进行化学腐蚀，由于匀气盘上通气孔按照特定规律分布，等离子体的均匀性较好；

13、RIE射频电源起辉，在下电极上产生偏压，等离子体加速向无机材料基板运动，对无机材料基板进行物理轰击；

14、刻蚀工艺完成，关闭射频电源，向腔体通氮气反复进行清洗，抽真空；

15、清洗完后，机械手将刻蚀后的片盘取出；

16、关闭机械泵处阀门、机械泵及分子泵。

本发明的有益效果：

（1）离分子泵接口较近的位置，等离子体被抽离得速度大，离分子泵接口越远，等离子体被抽离的速度越小，通气孔的非均匀分布，使侧抽气时等离子的均匀分布。

（2）匀气盘与石英盖之间的距离满足特定要求，使等离子体到达匀气盘时等离子体密度最大、均匀性最好、能量最高。

（3）成本低、可靠性高。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的纵向剖视图。

图3是本发明的匀气盘的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

参见图1-3，一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，包括腔体1，所述腔体1上开有进出片口4、机械泵接口5、下电极接口6、分子泵接口7，所述腔体1的上端安装有顶盖2和石英盖3，所述腔体1内安装有匀气盘8、穿过腔体1底部和匀气盘8的工艺气体管道9，所述工艺气体管道9的气体出口设置在匀气盘8上方并正对匀气盘8中心；所述匀气盘8的中间开有大于下电极直径的下电极通口11，所述匀气盘8上开有多个通气孔10，横向上相邻所述通气孔10的间距是等差数列递增，纵向上相邻所述通气孔10的间距从中心到边缘是等差数列递减。

所述腔体1的外形是长方体，其内腔是圆柱形。

所述匀气盘8通过四根支撑杆12安装在腔体1内，所述支撑杆12的高度是200-400毫米。

所述进出片口4、分子泵接口7均设置在腔体的侧面上，所述机械泵接口5、下电极接口6均设置在腔体的底部。

所述匀气盘8上离分子泵接口7远的通气孔10排列密集，离分子泵接口7近的通气孔10排列稀疏。

所述腔体1上设有观察窗13，所述观察窗13的高度与匀气盘8高度相当。

所述通气孔10的直径为0.1-10毫米。

所述进出片口4的长度大于机械手的宽度，其宽度大于机械手和片盘的高度和。

所述下电极在腔体1内的初始高度低于所述进出片口4离腔体1底部的距离。

本发明的工作过程如下：

1、将进出片口4与阀门连接，将阀门与预真空腔连接；

2、将机械泵接口5与阀门连接，再将阀门与机械泵连接；

3、将下电极接口6与下电极连接；

4、将分子泵接口7与抽气管道及分子泵等连接；

5、将观察窗13密封；

6、机械泵对腔体1抽真空；

7、机械手将片盘从预真空腔送往腔体1的中心位置；

8、下电极上升，将片盘托起，至片盘与匀气盘8处于同一水平面；

9、机械手撤出腔体1，关闭进出片口4处阀门；

10、分子泵对腔体1抽真空；

11、工艺气体经工艺气体管道9通向腔体1；

12、ICP射频电源起辉产生等离子体，对无机材料基板进行化学腐蚀，由于匀气盘8上通气孔10按照特定规律分布，等离子体的均匀性较好；

14、刻蚀工艺完成，关闭射频电源，向腔体1通氮气反复进行清洗，抽真空；

15、清洗完后，机械手将刻蚀后的片盘取出；

16、关闭机械泵处阀门、机械泵及分子泵。

Claims

1. 一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，包括腔体，所述腔体上开有进出片口、机械泵接口、下电极接口、分子泵接口，所述腔体的上端安装有顶盖和石英盖，其特征在于：所述腔体内安装有匀气盘、穿过腔体底部和匀气盘的工艺气体管道，所述工艺气体管道的气体出口设置在匀气盘上方并正对匀气盘中心；所述匀气盘的中间开有大于下电极直径的下电极通口，所述匀气盘上开有多个通气孔，横向上相邻所述通气孔的间距是等差数列递增，纵向上相邻所述通气孔的间距从中心到边缘是等差数列递减。

2. 根据权利要求1所述的一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，其特征在于：所述腔体的外形是长方体，其内腔是圆柱形。

3. 根据权利要求1或2所述的一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，其特征在于：所述匀气盘通过支撑杆安装在腔体内。

4. 根据权利要求3所述的一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，其特征在于：所述进出片口、分子泵接口均设置在腔体的侧面上，所述机械泵接口、下电极接口均设置在腔体的底部。

5. 根据权利要求4所述的一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，其特征在于：所述匀气盘上离分子泵接口远的通气孔排列密集，离分子泵接口近的通气孔排列稀疏。

6. 根据权利要求5所述的一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，其特征在于：所述腔体上设有观察窗，所述观察窗的高度与匀气盘高度相当。

7. 根据权利要求6所述的一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，其特征在于：所述通气孔的直径为0.1-10毫米。

8. 根据权利要求7所述的一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，其特征在于：所述进出片口的长度大于机械手的宽度，其宽度大于机械手和片盘的高度和。

9. 根据权利要求8所述的一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔，其特征在于：所述下电极在腔体内的初始高度低于所述进出片口离腔体底部的距离。