CN114582698B - 用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置及方法，该装置含有真空腔体顶盖、真空腔体底座、曲面导电匀气板、工艺气体通道、曲面器件、阳极样品台、真空排气通道和低温等离子体。真空腔体顶盖和真空腔体底座组成真空腔体，真空腔体顶盖和真空腔体底座接地，可打开装入样品也可闭合接入真空系统。曲面导电匀气板与真空腔体顶盖导电连接，工艺气体通过工艺气体通道进入真空腔体，通过真空排气通道离开真空腔体，曲面器件置于阳极样品台表面，在RF射频电源激励下形成低温等离子体弥漫于真空腔体内。本发明总体刻蚀速率在整个曲面上保持均一。
Description
技术领域
本发明属于低温等离子体加工领域，具体涉及一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置及方法。
背景技术
低温等离子体已广泛应用于半导体和平板显示行业的平面器件加工，传统平行板式的低温等离子体刻蚀设备阳极样品台和阴极腔盖均为平面，射频电源产生的电场强度在平面内基本均匀分布，这样的电场分布对于平面器件而言是有利的，但是对于大曲率非平面器件而言是不利的。这是因为大曲率非平面器件的刻蚀面内等离子体浓度分布不均，若能使高等离子体浓度区域的电场强度减小，低等离子体浓度区域的电场强度增大，则可提升大曲率非平面器件的刻蚀均匀性。
发明内容
为了使平行板式低温等离子体加工技术满足大曲率非平面器件的加工需求，本发明提供一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置及方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，包括真空腔体顶盖、真空腔体底座、曲面导电匀气板、工艺气体通道、曲面器件、阳极样品台、真空排气通道和低温等离子体。真空腔体顶盖和真空腔体底座组成真空腔体，真空腔体顶盖和真空腔体底座接地，可打开装入样品也可闭合接入真空系统。曲面导电匀气板与真空腔体顶盖导电连接，工艺气体通过工艺气体通道进入真空腔体，阳极样品台固定在真空腔体底座上，通过真空排气通道离开真空腔体，曲面器件置于阳极样品台表面，在RF射频电源激励下形成低温等离子体弥漫于真空腔体内。
进一步地，所述的真空腔体顶盖为金属导电材质，如铝、铝合金，外壳接地。顶盖中心预留带通孔的圆形接口，一方面用于与曲面导电匀气板导电连接，一方面用于工艺气体流通。
进一步地，所述的真空腔体底座为金属导电材质，如铝、铝合金，外壳接地。底部中心开孔，用于阳极样品台线缆穿过，阳极样品台与真空腔体底座绝缘且接口处密封不漏气。真空腔体底座均布真空排气通道用于气体排出和压力恢复。
进一步地，所述的曲面导电匀气板为金属导电材质，如铝、铝合金，内含多路工艺气体通道，顶端连接真空腔体顶盖的通孔，底端连接真空腔体内部。工艺气体可由外部气源经这些工艺气体通道直达曲面器件上方，参与形成低温等离子体。曲面导电匀气板与真空腔体顶盖导电连接，形成等势体，其曲面下表面可视为0电势。表面要求光滑无毛刺，面形精度PV优于10μm。
进一步地，所述的工艺气体通道在曲面导电匀气板下表面的开孔要求直径0.1mm-1mm，间距10mm-20mm，气孔均布于整个曲面并覆盖曲面器件刻蚀区域，气孔边缘光滑无毛刺。
进一步地，所述的曲面器件为可刻蚀材质，如硅、氧化硅、氮化硅、聚合物、石英。上表面为待刻蚀面，面形为大曲率曲面，矢高与口径之比大于10％，下表面为平面，若为非平面需在特殊工装支撑下平放于阳极样品台中心。
进一步地，所述的阳极样品台为阳极氧化铝材质平台，口径大于曲面器件并与曲面导气匀气板相当。表面光滑无毛刺，底部线缆绝缘处理，通过真空腔体底座中心接口连接RF射频电源。在接口处密封处理，保证真空腔体不漏气。
进一步地，所述的真空排气通道位于真空腔体底座并对称均布于阳极样品台下方，气体通过真空排气通道进入真空管道并排走，真空管道连接分子泵和机械泵。在真空抽气状态下，工艺气体通过工艺气体通道进入真空腔体，并弥漫于曲面器件表面然后经由真空排气通道抽走。
进一步地，所述的低温等离子体在真空腔体内产生，真空腔体内的微量工艺气体在RF射频电源的激励下辉光放电产生低温等离子体，根据工艺气体的不同生成的低温等离子体也不同。真空腔体初始气压低于10-3Pa，工艺气体流量介于1sccm至20sccm，通入工艺气体后工作压力介于1Pa至10Pa。
进一步地，一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀方法，利用上述用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，所述的方法工作流程如下：打开真空腔体顶盖，放入曲面器件置于真空腔体底座上的阳极样品台中央，关闭真空腔体顶盖并开始真空抽气。当腔体真空度达到10-3Pa后，开启工艺气体通道，工艺气体从曲面导电匀气板进入真空腔体，调节真空阀大小使工作压力介于1Pa至10Pa。启动RF射频电源并调节功率，工艺气体辉光放电形成低温等离子体对曲面器件进行刻蚀。在曲面器件高点，低温等离子体浓度较高，电场强度相对较低，在曲面器件低点，低温等离子体浓度较低，电场强度相对较高，总体刻蚀速率在整个曲面上保持均一。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明相比现有Ar离子束发生装置具有加工口径大、加工效率高、对光学表面损伤小等优点，适合大口径精密光学元件的低温等离子体加工。
(2)本发明相比现有平行板式低温等离子体发生装置具有电场分布与曲面面形匹配、曲面加工速率均一的优点，适合曲面精密器件的低温等离子体加工。
(3)本发明在曲面器件高点，低温等离子体浓度较高，电场强度相对较低，在曲面器件低点，低温等离子体浓度较低，电场强度相对较高，总体刻蚀速率在整个曲面上保持均一。
附图说明
图1为本发明一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀方法利用的装置示意图，图中，1为真空腔体顶盖，2为真空腔体底座，3为曲面导电匀气板，4为工艺气体通道，5为曲面器件，6为阳极样品台，7为真空排气通道，8为低温等离子体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作具体描述。
本发明用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，包括真空腔体顶盖1、真空腔体底座2、曲面导电匀气板3、工艺气体通道4、曲面器件5、阳极样品台6、真空排气通道7和低温等离子体8。真空腔体顶盖1和真空腔体底座2组成真空腔体，真空腔体顶盖1和真空腔体底座2接地，可打开装入样品也可闭合接入真空系统。曲面导电匀气板3与真空腔体顶盖1导电连接，工艺气体通过工艺气体通道4进入真空腔体，通过真空排气通道7离开真空腔体，阳极样品台6固定在真空腔体底座2上，曲面器件5置于阳极样品台6表面，在RF射频电源激励下形成低温等离子体8弥漫于真空腔体内。
真空腔体顶盖1为金属导电材质，如铝、铝合金，外壳接地。顶盖中心预留带通孔的圆形接口，一方面用于与曲面导电匀气板3导电连接，一方面用于工艺气体流通。
真空腔体底座2为金属导电材质，如铝、铝合金，外壳接地。底部中心开孔，用于阳极样品台6线缆穿过，阳极样品台6与真空腔体底座2绝缘且接口处密封不漏气。真空腔体底座2均布真空排气通道7用于气体排出和压力恢复。
曲面导电匀气板3为金属导电材质，如铝、铝合金，内含多路工艺气体通道4，顶端连接真空腔体顶盖1的通孔，底端连接真空腔体内部。工艺气体可由外部气源经这些工艺气体通道4直达曲面器件5上方，参与形成低温等离子体8。曲面导电匀气板3与真空腔体顶盖1导电连接，形成等势体，其曲面下表面可视为0电势。表面要求光滑无毛刺，面形精度PV优于10μm。
工艺气体通道4在曲面导电匀气板3下表面的开孔要求直径0.1mm-1mm，间距10mm-20mm，气孔均布于整个曲面并覆盖曲面器件5刻蚀区域，气孔边缘光滑无毛刺。
曲面器件5为可刻蚀材质，如硅、氧化硅、氮化硅、聚合物、石英。上表面为待刻蚀面，面形为大曲率曲面，矢高与口径之比大于10％，下表面为平面，若为非平面需在特殊工装支撑下平放于阳极样品台6中心。
阳极样品台6为阳极氧化铝材质平台，口径大于曲面器件5并与曲面导气匀气板3相当。表面光滑无毛刺，底部线缆绝缘处理，通过真空腔体底座2中心接口连接RF射频电源。在接口处密封处理，保证真空腔体不漏气。
真空排气通道7位于真空腔体底座2并对称均布于阳极样品台6下方，气体通过真空排气通道7进入真空管道并排走，真空管道连接分子泵和机械泵。在真空抽气状态下，工艺气体通过工艺气体通道4进入真空腔体，并弥漫于曲面器件5表面然后经由真空排气通道7抽走。
低温等离子体8在真空腔体内产生，真空腔体内的微量工艺气体在RF射频电源的激励下辉光放电产生低温等离子体8，根据工艺气体的不同生成的低温等离子体8也不同。真空腔体初始气压低于10-3Pa，工艺气体流量介于1sccm至20sccm，通入工艺气体后工作压力介于1Pa至10Pa。
一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀方法，利用上述用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，所述的方法工作流程如下：打开真空腔体顶盖1，放入曲面器件5置于真空腔体底座2上的阳极样品台6中央，关闭真空腔体顶盖1并开始真空抽气。当腔体真空度达到10-3Pa后，开启工艺气体通道4，工艺气体从曲面导电匀气板3进入真空腔体，调节真空阀大小使工作压力介于1Pa至10Pa。启动RF射频电源并调节功率，工艺气体辉光放电形成低温等离子体8对曲面器件5进行刻蚀。在曲面器件5高点，低温等离子体8浓度较高，电场强度相对较低，在曲面器件5低点，低温等离子体8浓度较低，电场强度相对较高，总体刻蚀速率在整个曲面上保持均一。
Claims (7)
1.一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，其特征在于，包括真空腔体顶盖（1）、真空腔体底座（2）、曲面导电匀气板（3）、工艺气体通道（4）、曲面器件（5）、阳极样品台（6）、真空排气通道（7）和低温等离子体（8），真空腔体顶盖（1）和真空腔体底座（2）组成真空腔体，真空腔体顶盖（1）和真空腔体底座（2）接地，可打开装入样品也可闭合接入真空系统，曲面导电匀气板（3）与真空腔体顶盖（1）导电连接，工艺气体通过工艺气体通道（4）进入真空腔体，通过真空排气通道（7）离开真空腔体，阳极样品台（6）固定在真空腔体底座（2）上，曲面器件（5）置于阳极样品台（6）表面，在RF射频电源激励下形成低温等离子体（8）弥漫于真空腔体内；电场分布与曲面器件的曲面面形匹配；
所述的真空腔体顶盖（1）为金属导电材质，具体为铝或铝合金，外壳接地；顶盖中心预留带通孔的圆形接口，一方面用于与曲面导电匀气板（3）导电连接，一方面用于工艺气体流通；
所述的曲面导电匀气板（3）为金属导电材质，具体为铝或铝合金，内含多路工艺气体通道（4），顶端连接真空腔体顶盖（1）的通孔，底端连接真空腔体内部，工艺气体可由外部气源经这些工艺气体通道（4）直达曲面器件（5）上方，参与形成低温等离子体（8），曲面导电匀气板（3）与真空腔体顶盖（1）导电连接，形成等势体，其曲面下表面可视为0电势，表面要求光滑无毛刺，面形精度PV优于10μm；
所述的工艺气体通道（4）在曲面导电匀气板（3）下表面的开孔要求直径0.1mm-1mm，间距10mm-20mm，气孔均布于整个曲面并覆盖曲面器件（5）刻蚀区域，气孔边缘光滑无毛刺；
在曲面器件（5）高点，低温等离子体（8）浓度较高，电场强度相对较低，在曲面器件（5）低点，低温等离子体（8）浓度较低，电场强度相对较高。
2.根据权利要求1所述的一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述的真空腔体底座（2）为金属导电材质，具体为铝或铝合金，外壳接地，底部中心开孔，用于阳极样品台（6）线缆穿过，阳极样品台（6）与真空腔体底座（2）绝缘且接口处密封不漏气，真空腔体底座（2）均布真空排气通道（7）用于气体排出和压力恢复。
3.根据权利要求1所述的一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述的曲面器件（5）为可刻蚀材质，具体为硅、氧化硅、氮化硅、聚合物或石英，上表面为待刻蚀面，面形为大曲率曲面，矢高与口径之比大于10%，下表面为平面，若为非平面需在特殊工装支撑下平放于阳极样品台（6）中心。
4.根据权利要求1所述的一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述的阳极样品台（6）为阳极氧化铝材质平台，口径大于曲面器件（5）并与曲面导气匀气板（3）相当，表面光滑无毛刺，底部线缆绝缘处理，通过真空腔体底座（2）中心接口连接RF射频电源，在接口处密封处理，保证真空腔体不漏气。
5.根据权利要求1所述的一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述的真空排气通道（7）位于真空腔体底座（2）并对称均布于阳极样品台（6）下方，气体通过真空排气通道（7）进入真空管道并排走，真空管道连接分子泵和机械泵，在真空抽气状态下，工艺气体通过工艺气体通道（4）进入真空腔体，并弥漫于曲面器件（5）表面然后经由真空排气通道（7）抽走。
6.根据权利要求1所述的一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述的低温等离子体（8）在真空腔体内产生，真空腔体内的微量工艺气体在RF射频电源的激励下辉光放电产生低温等离子体（8），根据工艺气体的不同生成的低温等离子体（8）也不同，真空腔体初始气压低于10-3Pa，工艺气体流量介于1sccm至20sccm，通入工艺气体后工作压力介于1Pa至10Pa。
7.一种用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀方法，利用权利要求1-6任一项所述的用于大曲率非平面器件的低温等离子体刻蚀装置，其特征在于，所述的方法工作流程如下：打开真空腔体顶盖（1），放入曲面器件（5）置于真空腔体底座（2）上的阳极样品台（6）中央，关闭真空腔体顶盖（1）并开始真空抽气，当腔体真空度达到10-3Pa后，开启工艺气体通道（4），工艺气体从曲面导电匀气板（3）进入真空腔体，调节真空阀大小使工作压力介于1Pa至10Pa，启动RF射频电源并调节功率，工艺气体辉光放电形成低温等离子体（8）对曲面器件（5）进行刻蚀，在曲面器件（5）高点，低温等离子体（8）浓度较高，电场强度相对较低，在曲面器件（5）低点，低温等离子体（8）浓度较低，电场强度相对较高，总体刻蚀速率在整个曲面上保持均一。
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