CN109411395A - 一种超声刻蚀装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声刻蚀装置，包括兰杰文振子、振动传递杆、探针和基板；振动传递杆的一端设置在兰杰文振子的辐射面上，另一端连接有探针；探针的下方设置有基板；探针的端部垂直于基板的平面，且与基板临界接触。该装置通过兰杰文振子对振动传递杆和探针进行励振，利用做超声振动的探针的端部产生的冲击力对基板表面的纳米材料膜进行剥离，实现对纳米材料膜的刻蚀。本发明可实现对样品的微纳切割、雕刻、倒角、镂铣和修边等微纳刻蚀加工，无需刻蚀液和掩模工具。本发明涉及到的超声刻蚀装置具有结构简单、操作方便、工序简单、低成本、高效率、绿色环保等优点。
Description
技术领域
本发明属于半导体工艺、纳米制造领域，尤其涉及一种超声刻蚀装置。
背景技术
刻蚀技术在半导体工艺中，是按照掩模图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖膜进行选择性腐蚀或剥离的技术，它不仅是半导体器件和集成电路的基本制造工艺，而且还应用于薄膜电路、印刷电路和其他微纳图形的加工。
按工艺分类，刻蚀技术可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀在操作过程中可能会引入或产生有毒有害的化学物质，不绿色环保，并且为了避免伤及基板和其他材料，湿法刻蚀对刻蚀剂的选择性要求比较高。另外，由于刻蚀机理的限制，湿法刻蚀无法应用到亚微米线宽的精密制程中。干法刻蚀是一类较新型，并迅速被半导体工业所采用的技术，但其对加工环境、设备要求很高，一般需要用到化学活性极高的气体，并且加工成本高，操作十分复杂。
通过上述分析可以发现，目前在纳米材料膜的刻蚀技术方面，尚缺乏操作简单方便、高效率的刻蚀方法和低成本的刻蚀设备或器件。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超声刻蚀装置，以解决现有技术中存在的设备加工环境要求很高、操作复杂、成本高的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种超声刻蚀装置，包括兰杰文振子、振动传递杆、探针和基板；
所述振动传递杆的一端设置在兰杰文振子的辐射面上，另一端连接有探针；
所述探针的下方设置有基板；
所述探针的端部垂直于基板的平面，且与基板临界接触。
所述探针的端部插入纳米材料膜中。
所述纳米材料膜为零维、一维、二维或三维的碳纳米材料、半导体纳米材料或金属纳米材料等。
所述纳米材料膜的厚度为纳米尺度、微米尺度或毫米尺度。
进一步的，所诉兰杰文振子和基板分别或其中一个固定于空间多自由度移动平台上。
所述空间多自由度移动平台是可以在空间内做任意方向移动的平台装置结构。
进一步的，所诉振动传递杆的一端粘接在兰杰文振子的辐射面上，另一端粘接有探针。
进一步的，所述粘接使用的材料为AB胶或502胶。
进一步的，所述振动传递杆使用的材料为不锈钢、铜或铝。
进一步的，所述探针使用的材料为柔性材料。
进一步的，所述柔性材料为玻璃纤维、碳纤维或植物纤维。
进一步的，所述探针的直径为纳米尺度、微米尺度或毫米尺度。
该装置通过所诉兰杰文振子对振动传递杆和探针进行励振，利用做超声振动的探针的端部产生的冲击力对基板表面的纳米材料膜进行剥离，实现对纳米材料膜的刻蚀。
本发明的有益效果：
a.由于利用超声振动来实现刻蚀功能，本发明对被处理材料的理化性质没有特殊要求，且不会破坏材料本身，可根据待刻蚀加工样品的材料属性与基板的安置难易程度以及工作台的有限安置空间，选择将设有待刻蚀加工样品的基板或兰杰文振子单独或分别固定在空间多自由度移动平台上，实现对待处理样品刻蚀加工的进给和移动调节，设备应用范围广，通用性好，快速便捷，与现有设备兼容；
b.本发明所述的探针的直径为纳米尺度、微米尺度或宏观尺度，根据待刻蚀样品需要刻蚀的线宽和形貌精度选择相应尺度的探针与合适的超声振动条件完成刻蚀需求，刻蚀加工尺度范围宽；所述的探针的材料为玻璃纤维等柔性材料，探针更换便捷，成本低，并且不会对基底造成划伤等破坏；
c. 本发明涉及到的器件结构简单、廉价易得，并且操作方便，工序简单高效，对工作环境没有特殊要求，大大减轻了操作人员的加工难度；
d.由于采用物理刻蚀技术，在操作过程中不会引入或产生有毒有害的化学物质，绿色环保，同时大大避免了对环境和操作人员人身健康的不利影响；
e. 本发明提供的一种超声刻蚀装置，可实现样本的微纳切割、雕刻、倒角、镂铣和修边等刻蚀加工作业，在刻蚀作业时作用力小，不变形，无需刻蚀液和掩模工具等，可有效提高样本的形貌精度和质量，同时也可用于掩模图像成形的刻蚀加工工艺，有效降低加工成本且应用范围较广。
附图说明：
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置中单独将兰杰文振子固定在空间多自由度移动平台上的结构示意图；
图3为本发明装置中单独将基板固定在空间多自由度移动平台上的结构示意图；
图4为本发明装置中将兰杰文振子和基板同时固定在空间多自由度移动平台上的结构示意图；
图5为NUAA图案的刻蚀效果图。
附图标记：1-兰杰文振子、2-振动传递杆、3-探针、4-纳米材料膜、5-基板；6-空间多自由度移动平台。
具体实施方式：
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如图1所示，一种超声刻蚀装置，包括兰杰文振子1、振动传递杆2、探针3和基板5；
振动传递杆2的一端设置在兰杰文振子1的辐射面上，另一端连接有探针3；
探针3的下方设置有基板5；
探针3的端部垂直于基板5的平面，且与基板5临界接触。
探针3端部插入纳米材料膜4中。
纳米材料膜4为零维、一维、二维或三维的纳米材料。
纳米材料膜4的厚度为直径为纳米尺度、微米尺度或毫米尺度。
如图2、图3、图4所示，兰杰文振子1和基板5分别或其中一个固定于空间多自由度移动平台6上。
空间多自由度移动平台6是可以在空间内做任意方向移动的平台装置结构。
振动传递杆2的一端通过粘接方式连接在在兰杰文振子1的辐射面上，另一端粘接有探针3，粘接使用的材料为AB胶或502胶。
振动传递杆2使用的材料为不锈钢、铜或铝。
探针3使用的材料为柔性材料。
柔性材料为玻璃纤维、碳纤维或植物纤维。
探针3的直径为直径为纳米尺度、微米尺度或毫米尺度。
该装置通过兰杰文振子1对振动传递杆2进行超声励振，振动传递杆2将超声振动传输到杆的端部，从而带动探针3在空间的超声振动，当探针3插入纳米材料膜4中时，其端部会对接触部分的纳米材料膜4产生冲击力，当该冲击力克服纳米材料膜4与基板5之间的范德华力、静电力等的合力作用时，接触部分的纳米材料膜4会被剥离开基板5的表面，进一步移动探针3或基板5，被剥离的纳米材料膜4会被探针3的横向超声振动的推力推开原位置，从而最终实现对纳米材料膜4的刻蚀。由于基板5和兰杰文振子1单独或分别或同时固定在空间多自由度移动平台上，可以通过单独调节基板5的空间运动和探针3的空间运动轨迹，或同时调节基板5的空间运动和探针3的空间运动轨迹，形成预设的刻蚀图案。
如图5所示，下面借助于一个实施例说明本发明提供的超声刻蚀装置，兰杰文振子1由苏州海纳科技有限公司提供,型号为HNC-2565-59,外形尺寸为24mm*30mm（直径*高度）,谐振频率为65.3kHz。圆柱形振动传递杆2粘接在兰杰文振子1的辐射面上，材料为不锈钢，直径为0.4mm，长度为5cm（不包含与兰杰文振子1粘接的部分）。探针3粘接在振动传递杆2的端部，垂直于基板5，并与基板5处于临界接触状态，探针3的材料为玻璃纤维，直径为20μm，长度为3mm（不包含与振动传递杆2粘接的部分），纳米材料4为二维的石墨烯片，膜厚3μm，并且厚度均匀。
将纳米材料膜（二维石墨烯片）4设置在基板5上，基板5固定安装在空间多自由度移动平台6上，或将兰杰文振子1固定安装在空间多自由度移动平台6上，或将基板5和兰杰文振子1分别固定安装在空间多自由度移动平台6上。调节空间多自由度移动平台6，根据纳米材料膜（二维石墨烯片）4的加工深度和图案形状要求，设置好设有纳米材料膜（二维石墨烯片）4的基板5和探针3的空间相对位置。设置好空间多自由度移动平台6的进给速度和行走轨迹等刻蚀加工参数，且运动轨迹设置为 “NUAA”的字母图案。
将峰值为80V、频率为65.3kHz的交流电压加到兰杰文振子1上，粘接在兰杰文振子1的辐射面上的圆柱形振动传递杆2将兰杰文振子1的励振传递给探针3，使探针3产生超声振动并获得刻蚀加工所需的冲击力，对二维石墨烯片4进行刻蚀加工。同时启动空间多自由度移动平台6，在置于基板5上的纳米材料膜（二维石墨烯片）4上刻蚀出“NUAA”的字母图案，参照图2所示，刻蚀出的字母的线宽为50 μm。
综上，由于利用超声振动来实现刻蚀功能，本发明对被处理材料的理化性质没有特殊要求，且不会破坏材料本身，可根据待刻蚀加工样品的材料属性与基板的安置难易程度以及工作台的有限安置空间，选择将设有待刻蚀加工样品的基板或兰杰文振子单独或分别固定在空间多自由度移动平台上，实现对待处理样品刻蚀加工的进给和移动调节，设备应用范围广，通用性好，快速便捷，与现有设备兼容。
本发明所述的探针的直径为纳米尺度、微米尺度或宏观尺度，根据待刻蚀样品需要刻蚀的线宽和形貌精度选择相应尺度的探针与合适的超声振动条件完成刻蚀需求，刻蚀加工尺度范围宽。所述的探针的材料为玻璃纤维等柔性材料，探针更换便捷，成本低，并且不会对基底造成划伤等破坏。本发明涉及到的器件结构简单、廉价易得，并且操作方便，工序简单高效，对工作环境没有特殊要求，大大减轻了操作人员的加工难度。由于采用物理刻蚀技术，在操作过程中不会引入或产生有毒有害的化学物质，绿色环保，同时大大避免了对环境和操作人员人身健康的不利影响。
本发明提供的一种超声刻蚀装置，可实现样本的微纳切割、雕刻、倒角、镂铣和修边等刻蚀加工作业，在刻蚀作业时作用力小，不变形，无需刻蚀液和掩模工具等，可有效提高样本的形貌精度和质量，同时也可用于掩模图像成形的刻蚀加工工艺，有效降低加工成本且应用范围较广。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种超声刻蚀装置，其特征在于：包括兰杰文振子（1）、振动传递杆（2）、探针（3）和基板（5）；
振动传递杆（2）的一端设置在兰杰文振子（1）的辐射面上，另一端连接有探针（3）；
探针（3）的下方设置有基板（5）；
探针（3）的端部垂直于基板（5）的平面，且与基板（5）临界接触。
2.根据权利要求1所述的一种超声刻蚀装置，其特征在于：兰杰文振子（1）和基板（5）分别或其中一个固定于空间多自由度移动平台（6）上。
3.根据权利要求1所述的超声刻蚀装置，其特征在于：振动传递杆（2）的一端粘接在兰杰文振子（1）的辐射面上，另一端粘接有探针（3）。
4.根据权利要求3所述的一种超声刻蚀装置，其特征在于：所述粘接使用的材料为AB胶或502胶。
5.根据权利要求1所述的一种超声刻蚀装置，其特征在于：振动传递杆（2）使用的材料为不锈钢、铜或铝。
6.根据权利要求1所述的一种超声刻蚀装置，其特征在于：探针（3）使用的材料为柔性材料。
7.根据权利要求6所述的一种超声刻蚀装置，其特征在于：所述柔性材料为玻璃纤维、碳纤维或植物纤维。
8.根据权利要求1所述的一种超声刻蚀装置，其特征在于：探针（3）的直径为纳米尺度、微米尺度或毫米尺度。
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| CN105668508A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-06-15 | 南京航空航天大学 | 利用线性振动实现受控微纳沟道刻蚀及纳米切割的超声装置及其工作方法 |
| CN107695042A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-02-16 | 南京航空航天大学 | 一种纳尺度物质清除装置及其工作方法 |
| CN209087779U (zh) * | 2018-11-09 | 2019-07-09 | 南京航空航天大学 | 一种超声刻蚀装置 |
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