CN105070656B - 一种降低GaAs背孔工艺中等离子体刻蚀机腔体污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低GaAs背孔工艺中等离子体刻蚀机腔体污染的方法，包括以下步骤：在衬底正面匀涂电子束光刻胶；用液态蜡将衬底正面粘贴在石英托上；将粘有衬底的石英托粘贴在减薄玻璃片上；进行减薄工艺；将石英托连同衬底从减薄玻璃片上取下；匀涂光刻胶并烘片；形成背孔图形；形成背孔；去光刻胶和液态蜡，使衬底片和石英托分离；其中，液态蜡是由一定量的Crystalbond 509强力粘合剂以及能够溶解所述Crystalbond 509强力粘合剂用量的丙酮组成。本发明采用液态蜡替代传统的高温蜡，既不会产生互溶问题，还具备优良的粘附性，并解决由于等离子体轰击而溅射的高温蜡和金属污染等离子体刻蚀机腔体内壁的问题。
Description
技术领域
本发明涉及GaAs微波器件的背孔加工技术领域，具体涉及一种降低GaAs背孔工艺中等离子体刻蚀机腔体污染的方法。
背景技术
随着GaAs微波电路工作频率的提高，要求有更低的接地电感、更小的器件热阻、更短的接地距离。低频时，常采用键合线接地，产生的寄生电感不足以影响电路性能。但达到微波、毫米波频段工作时，这种方法将产生相当大的接地电感和器件热阻，对电路高频特性造成不良影响。通过对GaAs晶片厚度减薄、刻蚀GaAs晶片的背孔、电镀晶片背面散热用大面积金属薄膜等工艺能够解决这个问题，从而有效地提高器件和电路在高频下的工作特性。
现有的减薄工艺中，在进行高温蜡粘片过程时，将涂有电子束光刻胶的衬底粘附在预先涂满高温蜡的石英托上，使除衬底片外其余地方的高温蜡暴露在外之后再进行等离子体刻蚀工艺(现有常规粘片工艺的流程如图1～7所示，图8～9为现有常规背孔工艺中在衬底背面溅射或蒸发金属并涂覆光刻胶，对光刻胶进行光刻形成光刻胶图案，按照光刻胶图案对金属进行腐蚀形成金属掩膜的示意图，图10为现有常规背孔工艺中在等离子体刻蚀机中利用形成的金属掩膜对GaAs背面进行刻蚀形成背孔的示意图，图11为现有常规背孔工艺中利用金属掩膜对GaAs背面进行刻蚀形成背孔的过程中高温蜡和金属被溅射下来淀积在等离子体刻蚀机腔体内壁的示意图)。这种工艺存在以下不足：首先，电子束光刻胶和高温蜡接触部位会产生部分互溶，生成极难以去除的有机物的问题，这种物质极难溶于去蜡液和去胶液，导致去胶或去蜡工艺时间非常长，通常需要几天或者几周的时间，工艺效率极低。其次，即使去胶或者去蜡完成，在衬底表面也会残留很多难以去除的有机物残渣，这会对衬底正面的器件和电路的性能造成非常不利的影响，如器件和电路性能退化、器件和电路成品率降低等。再者，由于等离子体轰击高温蜡，使高温蜡溅射在等离子体刻蚀机腔体中产生污染。最后，在刻蚀工艺中如果采用金属作为刻蚀掩膜层，由于等离子体对金属掩膜的轰击使金属溅射，从而对等离子体刻蚀机内壁产生污染，导致后续对等离子体刻蚀机腔体内壁的处理异常复杂，难以去除粘附在等离子体刻蚀机腔体内壁上的高温蜡和金属，通常必须采用拆除等离子体刻蚀机腔体，高温去蜡液和酸性溶液浸泡来处理费时费力，直接影响设备的使用率和器件及电路的成品率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种降低GaAs背孔工艺中等离子体刻蚀机腔体污染的方法。该方法采用特殊配方组成的液态蜡替代传统的高温蜡，在使用过程中液态蜡与电子束光刻胶之间不会产生互溶问题，在保证衬底和石英托之间具备优良的粘附性的同时，还可以有效解决由于等离子体轰击而溅射的高温蜡和金属污染等离子体刻蚀机内壁的问题，提高等离子体刻蚀机的使用效率。
本发明所述的降低GaAs背孔工艺中等离子体刻蚀机腔体污染的方法，包括以下步骤：
1)在衬底正面匀涂电子束光刻胶；
2)用液态蜡将衬底正面粘贴在石英托上；
3)用低温蜡将粘有衬底的石英托粘贴在减薄玻璃片上；
4)对衬底背面进行减薄工艺；
5)去低温蜡，将石英托连同衬底从减薄玻璃片上取下；
6)在衬底背面匀涂光刻胶并烘片；
7)对光刻胶进行光刻形成背孔图形并烘片坚膜；
8)在等离子体刻蚀机中利用形成的背孔图形对衬底背面进行刻蚀，形成背孔；
9)完成后续背面金属溅射和电镀工艺后将石英托连同衬底浸泡于丙酮中，去光刻胶和液态蜡，使衬底片和石英托分离；
其中，所述的液态蜡是由一定量的Crystalbond 509强力粘合剂以及能够溶解所述Crystalbond 509强力粘合剂用量的丙酮组成。
本发明所述技术方案中，所述的Crystalbond 509强力粘合剂为TedpellaCrystalbond 509强力粘合剂(美国生产，上海桑戈生物科技有限公司或海德创业(北京)生物科技有限公司销售)，它是一种粘附力很强的粘合剂。所述丙酮作为溶剂使用，其量的大小可根据需要进行确定，以能够溶解Crystalbond 509强力粘合剂的用量为宜。
本发明所述液态蜡的制备方法为：按配比称取Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮，置于器皿中，密闭器皿，加热直至Crystalbond 509强力粘合剂溶解，即得。在制备时，通常是在水浴中加热使Crystalbond 509强力粘合剂溶解。优选是在50～70℃水浴条件下溶解。
本发明所述技术方案中，优选液态蜡是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按10～50g：40～100ml的配比组成。
进一步优选液态蜡是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按10～50g：40～80ml的配比组成。
更优选液态蜡是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按10～30g：40～60ml的配比组成。
更进一步优选液态蜡是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按20～30g：50～60ml的配比组成。
所述液态蜡最好是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按20g：50ml的配比组成，这样可以获得更好的粘附力。
上述方法的步骤1)中，所述的电子束光刻胶优选为PMMA-A11光刻胶，匀胶台转速优选为1500～1800转/min，时间优选为50～60sec，匀涂次数优选为3～4次，匀涂厚度优选为5～6μm，烘胶条件优选为180～190℃热板加热3～4min。
上述方法的步骤2)中，用液态蜡将衬底正面粘贴在石英托上的步骤具体是：先在衬底正面上的电子束光刻胶上匀涂液态蜡，然后将石英托置于加热台上并加热至相应温度(通常为100～120℃)，之后将衬底正面倒扣在石英托上(此时液态蜡与石英托接触)，并在衬底背面垫上滤纸，用金属块(重量通常为0.5～1kg)压住衬底背面(时间通常为3～4min)，使液态蜡与石英托充分接触并挤压出空气，使得衬底与石英托粘的更牢固，然后将加热台降温至室温，取下金属块。在电子束光刻胶之上匀涂液态蜡时，匀胶台转速优选为1500～1800转/min，时间优选为15～20sec，匀涂次数优选为5～6次，匀涂厚度优选为5～6μm。
上述方法的步骤3)中，用低温蜡将粘有衬底的石英托粘贴在减薄玻璃片上的步骤中，工艺条件通常为70～80℃。所述的低温蜡为现有技术中常用的低温蜡。
上述方法的步骤5)中，所述去低温蜡，将石英托连同衬底从减薄玻璃片上取下的步骤中，是将减薄玻璃片、石英托连同衬底整体浸泡于去蜡液中，将石英托连同衬底从减薄玻璃片上取下。所用的去蜡液与现有技术相同。
上述方法的步骤6)中，所述的光刻胶优选为AZ4620光刻胶，在匀涂光刻胶时匀胶台转速优选为1800～2000转/min，时间优选为50～60s，匀涂次数优选为1～2次，匀涂厚度优选为9～10μm，烘片条件优选为100～110℃热板加热50～60s。
上述方法的步骤7)中，所述烘片坚膜的条件为在110～115℃热板加热15～18min。
上述方法的步骤8)中，优选采用德国SENTECH公司生产的型号为SI500的电感耦合等离子体ICP干法刻蚀机，具体工艺参数优选如下：Cl2/BCl3：20/5sccm，ICP功率：450～500W，射频功率：100～110W，腔体内大气压强：0.3～0.4Pa，刻蚀速率：2～3um/min。
上述方法的步骤9)中，去光刻胶和液态蜡的工艺条件为：在丙酮中浸泡30～40min(50～70℃水浴条件下)，使衬底和石英片托分离，然后将衬底用去离子水清洗，用氮气吹干。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、本发明所述方法用Crystalbond 509强力粘合剂溶于丙酮中所得的液态蜡代替传统粘片工艺中使用的高温蜡，首先，液态蜡和光刻胶接触部分不会产生互溶问题，有效地避免了传统工艺中因光刻胶和高温蜡的互溶而产生的较难去除的有机物，因此不会对衬底正面的器件和电路产生不利影响；其次，由于液态蜡和光刻胶(PMMA-A11)均易溶于丙酮，分离时只需要采用丙酮溶液浸泡即可，解决了传统工艺中用高温蜡粘片时去胶慢去胶难的问题，提高了减薄工艺效率和工艺成品率；再者，将Crystalbond 509强力粘合剂溶于丙酮中，可以使本身为固态的Crystalbond 509强力粘合剂能够更好地悬涂，而且悬涂平整，在悬涂完成及相应的工序完成之后的烘片过程中，丙酮全部挥发只剩余Crystalbond 509强力粘合剂，因Crystalbond 509强力粘合剂本身具有极强的粘附性，因而使衬底和石英托之间具有优良的粘附性，有效地解决了后续抛光和减薄过程中的碎片问题，提高了工艺成品率。
2、在保证原有工艺以及保持原有刻蚀速率的情况下，实现了对背孔的有效刻蚀，由于采用的液态蜡粘附性极强，只需要将其悬涂于GaAs衬底片上，无需对减薄用的石英托进行匀涂，有效解决了传统工艺中采用高温蜡匀涂至石英托上，导致除衬底片以外其余区域的高温蜡暴露，在进行等离子体背孔刻蚀工艺时导致等离子体轰击高温蜡，使高温蜡溅射在等离子体刻蚀机腔体中产生污染的问题，改变了以前必须拆洗腔体，再利用高温去蜡液浸泡来实现清洗的现象。
3、本发明采用AZ4620光刻胶掩膜代替现有刻蚀工艺中所使用的金属掩膜，有效地避免了由于等离子体轰击金属掩膜而使金属溅射淀积在等离子体刻蚀机腔体内壁产生的污染，而且由于等离子体轰击光刻胶，会在等离子体刻蚀机内壁上形成光刻胶保护层，避免了GaAs等被刻蚀材料溅射对腔体的污染，使等离子体刻蚀机腔体内壁清洗难度大大降低，使用常规的丙酮，擦洗即可实现腔体内壁的清洗。
4、采用本发明所述工艺由于无需拆除刻蚀机腔体进行清洗，可以避免设备的频繁拆卸，提高了设备的使用率及有效性。
附图说明
图1至图7为现有常规GaAs衬底减薄工艺中粘片的工艺流程图；
图8至图9为常规背孔工艺中在衬底背面溅射或蒸发金属并涂覆光刻胶，对光刻胶进行光刻形成光刻胶图案，按照光刻胶图案对金属进行腐蚀形成金属掩膜的示意图；
图10为常规背孔工艺中在等离子体刻蚀机中利用形成的金属掩膜对GaAs背面进行刻蚀形成背孔的示意图；
图11为常规背孔工艺中利用金属掩膜对GaAs背面进行刻蚀形成背孔的过程中高温蜡和金属被溅射下来淀积在等离子体刻蚀机腔体内壁的示意图；
图12至图22是按照本发明实施例1中降低GaAs背孔工艺中对等离子体刻蚀机腔体污染的工艺流程图；
图23为本发明实施例1提供的背孔工艺对GaAs背面进行刻蚀形成背孔的过程中等离子体刻蚀机腔体内壁的示意图；
图24为本发明实施例1的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
1)在GaAs衬底的正面匀涂电子束光刻胶，如图12所示。其中，电子束光刻胶为PMMA-A11光刻胶，匀胶台转速为1500转/min，时间为1min，匀涂次数为3次，匀涂厚度约为5um，烘烤条件为180℃热板加热3min，其目的是使光刻胶中的溶剂充分挥发。
2)在涂有电子束光刻胶的衬底正面匀涂液态蜡，如图13所示；其中，所述液态蜡按以下方法进行制备：按20g：50ml的配比称取Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮，将它们置于器皿中，密闭器皿，在60℃水浴条件下直至Crystalbond 509强力粘合剂全部溶解，即得。在匀涂液态蜡时，匀胶台转速为1500转/min，时间为15sec，匀涂次数为6次，匀涂厚度约为5um。
3)将石英托放置在加热台上并加热至120℃，如图14所示。
4)将匀涂有PMMA-A11电子束光刻胶和液态蜡的衬底正面倒扣在石英托(液态蜡层与石英托相接触)上，然后用镊子轻轻挤压衬底背面(使衬底周围有液态蜡被挤出即可)，然后再用无尘纸将挤出的蜡擦拭干净并在衬底背面垫上滤纸，再用金属块(约1kg)压住衬底背面(如图15所示)3min，使液态蜡与石英托充分接触，并挤压出空气，使得衬底与石英托粘的更牢固，然后将加热台降温至室温，取下金属块和滤纸。
5)采用低温蜡将粘有衬底片的石英托粘贴在减薄玻璃片上，如图16所示，工艺条件为70℃。
6)对衬底背面进行磨片抛光减薄，如图17所示。
7)用去蜡液(与现有常规技术相同)将石英托连同衬底从减薄玻璃片上取下，如图18所示。
8)在衬底背面匀涂光刻胶并烘片，如图19所示。所述的光刻胶为AZ4620光刻胶，匀胶台转速为2000转/min，时间为1min，匀涂次数为1次，匀涂厚度约为10μm，烘烤条件为100℃热板加热1min。
9)对光刻胶进行光刻形成背孔图形并烘片坚膜，如图20所示。所述坚膜条件为115℃热板加热15min。
10)在等离子体刻蚀机中利用形成的背孔图形对衬底背面进行刻蚀，形成背孔，如图21所示。本步骤所使用的ICP刻蚀机型号为SENTECH SI500，具体工艺参数如下：Cl2/BCl3:20/5sccm，ICP功率：500W，射频功率：110W，腔体内大气压强：0.4Pa，刻蚀速率：3um/min。
11)完成后续背面金属溅射和电镀工艺后，将石英托连同衬底置于丙酮浸泡60min(60℃水浴条件下)，去光刻胶和液态蜡，使衬底和石英托分离，如图22所示。然后将衬底用去离子水冲洗，用氮气吹干。图23为本发明实施例1提供的背孔工艺对GaAs背面进行刻蚀形成背孔的过程中等离子体刻蚀机腔体内壁的示意图。图24为本实施例所述粘片方法的流程图。
实施例2
重复实施例1，不同的是，液态蜡按以下方法制备：按10g：40ml的配比称取Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮，将它们置于器皿中，密闭器皿，在50℃水浴条件下直至Crystalbond 509强力粘合剂全部溶解，即得。
实施例3
重复实施例1，不同的是，液态蜡按以下方法制备：按30g：60ml的配比称取Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮，将它们置于器皿中，密闭器皿，在70℃水浴条件下直至Crystalbond 509强力粘合剂全部溶解，即得。
实施例4
重复实施例1，不同的是，液态蜡按以下方法制备：按50g：50ml的配比称取Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮，将它们置于器皿中，密闭器皿，在60℃水浴条件下直至Crystalbond 509强力粘合剂全部溶解，即得。
实施例5
重复实施例1，不同的是，液态蜡按以下方法制备：按50g：90ml的配比称取Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮，将它们置于器皿中，密闭器皿，在55℃水浴条件下直至Crystalbond 509强力粘合剂全部溶解，即得。
实施例6
重复实施例1，不同的是，液态蜡按以下方法制备：按35g：80ml的配比称取Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮，将它们置于器皿中，密闭器皿，在60℃水浴条件下直至Crystalbond 509强力粘合剂全部溶解，即得。
Claims (5)
1.一种降低GaAs背孔工艺中等离子体刻蚀机腔体污染的方法，包括以下步骤：
1)在衬底正面匀涂电子束光刻胶；
2)用液态蜡将衬底正面粘贴在石英托上；
3)用低温蜡将粘有衬底的石英托粘贴在减薄玻璃片上；
4)对衬底背面进行减薄工艺；
5)去低温蜡，将石英托连同衬底从减薄玻璃片上取下；
6)在衬底背面匀涂光刻胶并烘片；
7)对光刻胶进行光刻形成背孔图形并烘片坚膜；
8)在等离子体刻蚀机中利用形成的背孔图形对衬底背面进行刻蚀，形成背孔；
9)完成后续背面金属溅射和电镀工艺后将石英托连同衬底浸泡于丙酮中，去光刻胶和液态蜡，使衬底片和石英托分离；
其中，所述的液态蜡是由一定量的Crystalbond 509强力粘合剂以及能够溶解所述Crystalbond 509强力粘合剂用量的丙酮组成；具体是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按10～50g：40～100ml的配比组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述液态蜡是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按10～50g：40～80ml的配比组成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述液态蜡是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按10～30g：40～60ml的配比组成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述液态蜡是由Crystalbond 509强力粘合剂和丙酮按20～30g：50～60ml的配比组成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于：所述液态蜡是由Crystalbond509强力粘合剂和丙酮按20g：50ml的配比组成。
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