TWI546858B - 非接觸式物理蝕刻系統及方法 - Google Patents

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Description

非接觸式物理蝕刻系統及方法
本發明是關於一種非接觸式純物理電漿蝕刻之技術領域，特別是依據遮罩上固有圖形固定不動的對大面積範圍進行蝕刻，以及利用靶材與遮罩之間產生差動以蝕刻方法同步繪製大量相同的圖形之非接觸式純物理電漿蝕刻系統及其方法。
目前，蝕刻是製造現代電子科技及微機電系統所用到的平面製程中相當關鍵的加工步驟。現代的整個蝕刻製程包括上光阻、曝光、顯影、蝕刻、去光阻等多道手續。過程中需要大量的有機化學藥品，例如光阻劑、化學蝕刻藥水、去光阻劑等都是劇毒的有機化學藥品。這些化學品若處理不當會造成環境汙染，要徹底妥善處理則成本極為高昂。
即使是俗稱電漿蝕刻技術的「反應式離子蝕刻技術」也是藉由電漿與表面的化學反應來達到「蝕刻」這一步驟，相較於以化學藥品進行蝕刻，電漿蝕刻只是把蝕刻液體換成氣體且精確度較高，但本質上仍為化學蝕刻；一樣需要根據被蝕刻的表面的材料去選擇電漿的成分，也需要光阻劑、去光阻劑等化學藥品。
此外，若要以現有蝕刻技術對有機材料或生物材料，如有機發光二極體(OLED)做蝕刻，則用到的化學藥品，如強酸，會對被蝕刻材料造成嚴重傷害，因此要以現有技術對有機材料或生物材料做蝕刻，難度很高或幾乎無法達成。
再者，一些開發中的用於醫療的微機電系統，例如預期植入人體的小系統或人造器官，對製造過程有極為嚴格的無毒需求，因此製造過程用到的有毒化學藥品越少越好。然而現代大規模蝕刻技術總是要用到化學藥品，故不利於醫療產品的製造。
習知的蝕刻技術除了用到的化學藥品可能對待加工的材料構成傷害外，其製程中加工機器或媒介通常會碰觸到不需要蝕刻的部分，因而可能造成材料的汙染或傷害，這對於相對脆弱的有機薄膜材料以及生物材料會是嚴重的問題。
現有的無化學非接觸式蝕刻技術系採用離子束、電子束、或雷射光束等，直接對靶材進行蝕刻，不過僅適用於樣本的製作，要進行大規模量產，會需要將離子束、電子束、雷射光束進行分割並分配，設備的構造會非常複雜，因此難以實用化。
光子與電子的質量與原子、分子差好幾個量級，所以動量轉換效率非常低，因此雷射、電子束蝕刻或切割技術的能量效率通常不高。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種非接觸式純物理蝕刻系統及其方法。這種技術除了允許以更環保的方式大規模製造電子設備外，還允許對有機材料或生物材料進行蝕刻。由於有機材料與生物材料種類遠遠超過半導體，以其為基礎的產品有可能具有現在無法想像到的性能或解決侵入式醫療產品與生物體排斥的問題。因此本發明之非接觸式純物理蝕刻系統及其方法允許科學家開發出現在無法量產的更多種類的產品，包括可以植入人體的醫療產品。
根據本發明之一目的，提出一種非接觸式純物理離子蝕刻裝置，其包含工作腔室、空心腔體、工作氣體供應裝置、電漿產生裝置與載台。工作腔室以分隔層界定第一腔室與第二腔室；空心腔體設置於分隔層並貫穿第一腔室與第二腔室，且空心腔體位於第二腔室的部分設置有第一遮罩層；工作氣體供應裝置供應工作氣體至工作腔室；電漿產生裝置供應電漿至工作腔室；以及載台可活動地設置於第二腔室；其中，電漿產生裝置經由工作腔室供應電漿至空心腔體內時，空心腔體內之電漿之離子則通過空心腔體之第一遮罩層射出，以對載台上之至少一靶材進行蝕刻動作。
較佳者，非接觸式物理蝕刻系統更包含第二遮罩層，其設置於第二腔室，並位於第一遮罩層與載台之間，電漿產生裝置經由工作腔室供應電漿至空心腔體內時，空心腔體內之電漿之離子則通過空心腔體之第一遮罩層射出，並通過第二遮罩層射出，且離子依據第一遮罩層與第二遮罩層之交集圖形，以對載台上之至少一靶材進行蝕刻動作。
較佳者，非接觸式物理蝕刻系統更包含差動裝置，其連接載台，差動裝置控制該載台與第一遮罩層或第二遮罩層產生差動。
較佳者，非接觸式物理蝕刻系統更包含至少一冷卻裝置，其連接工作腔室，至少一冷卻裝置冷卻空心腔室、載台或靶材。
較佳者，電漿產生裝置採用電子迴旋共振方式產生電漿。
較佳者，至少一第二遮罩層之圖案與第一遮罩層之圖案相同。
較佳者，非接觸式物理蝕刻系統更包含磁力裝置，其連接第二腔室，磁力裝置於第二腔室內形成磁場，磁場位於第一遮罩層與靶材之間，磁場聚焦由第一遮罩層射出之離子或阻止其橫向發散。
較佳者，非接觸式物理蝕刻系統更包括偏壓裝置，其連接第一遮罩層、至少一第二遮罩層及載台，偏壓裝置藉由對第一遮罩層、至少一第二遮罩層及載台之中至少二個施加偏壓，以控制離子至至少一靶材之速度。
根據本發明之另一目的，提出一種非接觸式純物理蝕刻方法，其適用於如上述之非接觸式純物理蝕刻系統，其包含下列步驟：
供應該工作氣體至該工作腔室；
供應電漿至工作腔室；
供應電漿至空心腔體內；
通過空心腔體之第一遮罩層射出電漿之離子，以對載台上之至少一靶材進行蝕刻動作。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
通過空心腔體之第一遮罩層射出電漿之離子，並通過第二遮罩層射出；以及
依據第一遮罩層與第二遮罩層組之交集圖形，以對載台上之至少一靶材進行蝕刻動作。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
控制載台與第二遮罩層產生差動。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
冷卻空心腔室、載台或至少一靶材。
較佳者，至少一第二遮罩層之圖案與第一遮罩層相同。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
於第一遮罩層與至少一靶材之間形成磁場，以聚焦由第一遮罩層射出之離子，或限制其橫向發散。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
藉由對第一遮罩層、至少一第二遮罩層及載台之中至少二個施加偏壓，以控制離子至至少一靶材之速度。
承上所述，依本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置及其方法，其可具有下述優點：
本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置及其方法提供一種完全沒有化學藥品的蝕刻技術，其可允許以更環保的方式製造精密電子設備之外，還可允許對有機材料或生物材料進行蝕刻，進行大量且快速地量產。也可用於切割靶材。
據初步估計，在沒有磁性聚焦系統的情況下，最小線寬約可在微米級，足以用於視網膜解析度的面板，特別是不易以現有蝕刻製程加工的有機發光二極體(OLED)面版；而在有磁性系統的情況下，最小線寬可望降至數百甚至數十奈米級，逼近最先進的半導體蝕刻製程。
如果蝕刻的深度足以貫穿靶材，那麼就等於在切割靶材。所以本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置及其方法也可用於材料的切割。而且由於離子與原子、分子之動量轉換效率非常高，因此使用本技術做切割，其能量效率不難超越雷射切割技術。
1‧‧‧工作腔室
10‧‧‧分隔層
11‧‧‧第一腔室
12‧‧‧第二腔室
13‧‧‧空心腔體
14‧‧‧工作氣體供應裝置
15‧‧‧電漿產生裝置
16‧‧‧抽氣與氣壓維持裝置
17‧‧‧支援裝置
21‧‧‧第一遮罩層
22‧‧‧第二遮罩層
23‧‧‧載台
24‧‧‧靶材
31‧‧‧偏壓裝置
32‧‧‧差動裝置
33‧‧‧磁力裝置
34‧‧‧冷卻裝置
4‧‧‧作用媒介
Σ1‧‧‧虛擬邊界
Σ2‧‧‧工作區間
51‧‧‧路徑
52‧‧‧孔洞口徑
151‧‧‧反應腔室
152‧‧‧微波產生器
153‧‧‧微波導管
154‧‧‧磁力器
S11~S16、S21、S31~S32B‧‧‧流程
S40~S47‧‧‧步驟
S22F‧‧‧固定式製程
S22M‧‧‧差動式製程
M1、M3、N1‧‧‧圖形
N1~N3‧‧‧遮罩層
第1圖係為本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置之第一實施例之示意圖。
第2圖係為第1圖中之電漿產生裝置之示意圖。
第3圖係為本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置之第二實施例之示意圖。
第4圖係為本發明之非接觸式純物理蝕刻方法之「差動式製程」之示意圖
第5圖係為本發明之非接觸式純物理蝕刻應用之差動式製程與固定式製程之示意圖。
第6圖係為本發明之非接觸式純物理蝕刻方法之工作流程圖。
第7圖係為本發明之非接觸式純物理蝕刻方法之流程圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之非接觸式純物理蝕刻系統及其方法之實施例，為使便於理解且簡潔描述，下列所述之任一實施例中，具有相同作用之相同元件係以相同之元件符號標示來說明。於不同實施例中，相同元件符號所代表之元件，其連結、作動及功效應視為相同；故為便於描寫，相同元件符號所代表之元件之連結、作動及功能於不同實施例中，將不再重複贅述，合先敘明。
請參閱第1圖，其係為本發明之非接觸式純物理蝕刻系統之第一實施例之示意圖。如圖所示，本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置可包含工作腔室1、分隔層10、第一腔室11、第二腔室12、空心腔體13、第一遮罩層21、載台23、至少一靶材24、工作氣體供應裝置14與電漿產生裝置15。工作腔室1以分隔層界10定第一腔室11與第二腔室12。空心腔體13設置於分隔層10並貫穿第一腔室11與第二腔室12，且空心腔體13位於第二腔室12的部分設置有第一遮罩層21。工作氣體供應裝置14供應工作氣體至工作腔室1。電漿產生裝置15供應電漿至工作腔室1。載台23活動地設置於第二腔室12。其中，電漿產生裝置15經由工作腔室1供應電漿至空心腔體13內時，空心腔體13內之電漿之離子則通過空心腔體13之第一遮罩層21射出，以對載台23上之至少一靶材24進行蝕刻動作。
具體而言，本發明之非接觸式純物理蝕刻系統之工作腔室1被分隔層10分成第一腔室11與第二腔室12。空心腔體13貫穿第一腔室11與第二腔室12，並在位於第二腔室的部分以第一遮罩層21做為腔壁。載台23與第一遮罩21平行設置，至少一靶材24置於載台23上。本發明之非接觸式純物理蝕刻系統利用電漿產生裝置15產生電漿，使空心腔體13與第一腔室11內擁有電漿，電漿為了維持整體電中性會在與空心腔體13腔壁接觸的邊緣自發的產生垂直於腔壁的電場，使離子垂直於腔壁運動，一部分離子因此從第一遮罩層21的空隙中垂直於表面飛出，直接轟擊在靶材24上，以對載台23上之至少一靶材24進行蝕刻動作。
而在蝕刻深度達到靶材24的厚度時，就會切割靶材24，因此，本發明之非接觸式物理蝕刻方法亦可用於切割靶材24。
進一步地，本發明之非接觸式純物理蝕刻系統較佳更可包含第二遮罩層，其設置於第二腔室，並位於第一遮罩層與載台之間，電漿產生裝置經由工作腔室供應電漿至空心腔體內時，空心腔體內之電漿之離子則通過空心腔體之第一遮罩層射出，並通過第二遮罩層射出，且離子依據第一遮罩層與第二遮罩層之交集圖形，以對載台上之至少一靶材進行蝕刻動作。
舉例而言，本發明之非接觸式純物理蝕刻系統之工作腔室1被分隔層10分成第一腔室11與第二腔室12。空心腔體13貫穿第一腔室11與第二腔室12，並在位於第二腔室的部分以第一遮罩層21做為腔壁。載台23與第一遮罩21平行設置，靶材24置於載台23上。在第一遮罩層21與靶材24之間的空間設置有第二遮罩層22，其與第一遮罩層21及載台23平行設置。本發明之非接觸式純物理蝕刻系統利用電漿產生裝置15產生電漿，使空心腔體13與第一腔室11內擁有電漿，電漿為了維持整體電中性會在與空心腔體13腔壁接觸的邊緣自發的產生垂直於腔壁的電場，使離子垂直於腔壁運動，一部分離子因此從第一遮罩層21的空隙中垂直於表面飛出，直接轟擊在靶材24上或是經過第二遮罩層22的空隙再轟擊在靶材24上，以對載台23上之至少一靶材24進行蝕刻動作。
由於離子束從第一遮罩層21飛出後，會因為離子同性斥力以及熱運動之故而往橫向擴散，使離子束截面積逐漸擴大因而影響精確度，為此可在第一遮罩層21與靶材24之間裝設n個第二遮罩層，當n≧1時（n為第二遮罩層的數目），一個或複數個第二遮罩層22阻擋橫向發散的離子，增加精確度。
而在蝕刻深度達到靶材24的厚度時，就會切割靶材24，因此，本發明之非接觸式物理蝕刻方法亦可用於切割靶材24。
進一步地，本發明之非接觸式純物理蝕刻系統亦可設置對準裝置（圖中未繪示），以確保第一遮罩層21、第二遮罩層22、以及載台23之間相對位置能符合製程需求，例如確保第一遮罩層21與第二遮罩層22彼此平行，以及確保不同遮罩層之圖形的相對位置達到製程需要，例如確保遮罩層之圖形在遮罩的法線方向重合等。
再進一步地，本發明之非接觸式純物理蝕刻系統亦可藉由在第一遮罩層21、第二遮罩層22、載台23之兩個以上元件施加不同電壓的方式，以在第一遮罩層21與載台23之間的全部或局部空間形成加速電場。例如第一遮罩層21接收第一外部電壓，且載台23接收第二外部電壓時，第一遮罩層21與載台23間的全部空間擁有加速電場。類似地，可僅形成局部加速電場於第一遮罩層21與第二遮罩層22之間，或第二遮罩層22與載台23之間，或複數個第二遮罩層22之間。不論是哪一種佈局，加速電場的大小須將離子加速至足以顯著蝕刻的能量。
值得一提的是，事實上，第一腔室11、空心腔體13、電漿產生裝置15的反應腔室彼此連通因此有相同的氣壓，可視為「廣義的第一腔室」，以上只是為了便於理解而分述之，但實際上不必如此嚴格區分，例如空心腔體13也可與第一腔室11做成整體，或是乾脆把電漿產生裝置15當作第一腔室11。
上述中，第一遮罩層21可固定或做成可拆卸。第二遮罩層22可包含n個第二遮罩層，n≧0。亦即，當N=0時，表示可以沒有設置第二遮罩層22。
且，亦可自行複製所用的第一遮罩層21與第二遮罩層22，以在各遮罩層耗損後替補使用。這樣除了最原始的遮罩層需要額外訂製外，可自給自足供應所需的遮罩層。
復請參閱第1圖，本發明之非接觸式純物理蝕刻系統進一步更可設置抽氣與氣壓維持裝置16、支援裝置17及作用媒介4。抽氣與壓力維持裝置16設置於工作腔室1之外，將工作腔室1內的氣體抽除，使達到並維持所需的工作氣壓。支援裝置17設置於工作腔室1外，為工作腔室1提供外界的支援，如量測溫度、量測電漿參數等。即，抽氣與壓力維持裝置16用來抽除第一腔室11與第二腔室12的氣體，使工作腔室1內達到並維持所需工作氣壓。其中第一腔室的氣壓必須降到P1以利電漿產生，而第二腔室氣壓P2小於或等於P1。工作氣體供應裝置14用來供應工作氣體給第一腔室11。支援裝置17泛指其他維持裝置所需、但與本發明之非接觸式純物理蝕刻技術系統之製造過程無直接關係的裝置，例如量測溫度或電漿參數的量測裝置。
而作用媒介4用來作為連結各裝置或元件，並確保各裝置或元件間相對應的交互作用。作用媒介4的連結型式可以是直接接觸、連通管連結、機械連結、電性連結或其組合。例如抽氣與壓力維持裝置16就是以連通管與第一腔體11、第二腔體12連結，以抽除其中的氣體。連結方式甚至是可以是整合成一體，例如電漿產生裝置15可以位在第一腔體11之外，透過作用媒介4將電漿擴散至第一腔體11內，這時的作用媒介4相當於連通管。也可以是電漿產生裝置15直接設置在第一腔體11內，此時的作用媒介4相當於整合成一體。因此，第1圖中藉由作用媒介4與工作腔體1或其內的各元件相連的次系統雖然是繪示在工作腔體1之外，但不以此為限。
舉例來說，本創作之抽氣與氣壓維持裝置16抽除第一腔室11與第二腔室12內的氣體，工作氣體自工作氣體供應裝置14導入第一腔室11內，抽氣與氣壓維持裝置16繼續運作，以維持第一腔室內的氣壓為P1，第二腔室內的氣壓為P2。即，首先將工作腔室1抽到足夠的真空度，接著導入工作氣體，然後以抽氣與氣壓維持裝置16在第一腔室11維持第一壓力，在第二腔室12維持第二壓力，其中第二壓力小於或等於第一壓力。其中，氣壓P1須符合電漿產生裝置15的工作氣壓，而氣壓P2小於或等於氣壓P1。電漿產生裝置15製造電漿，電漿擴散至空心腔體13內，在電漿邊緣垂直於表面的自發電場作用下離子從空心腔體13之第一遮罩層21的空隙射出，轟擊在靶材24上或再經過第二遮罩層22的空隙再轟擊靶材24，並依據由第一遮罩層21與第二遮罩層22共同決定的交集圖形而對載台23上之至少一靶材24進行蝕刻動作。
其中，所謂由第一遮罩層21與第二遮罩層22共同決定的交集圖形係指所有遮罩層的圖形在與其平行的平面上的投影的交集。值得一提的是，第一遮罩層21與第二遮罩層22的圖形可以相同，其交集圖形就等同於遮罩層各自擁有的圖形。
即，第二遮罩層22之圖案可與第一遮罩層21之圖案相同，以在依據第一遮罩層21之圖形蝕刻靶材24的同時，阻擋由第一遮罩層21射出之離子的橫向發散，以提升精確度。
此外，本發明之非接觸式純物理蝕刻系統進一步更具有虛擬邊界Σ1，其指廣義的第一腔室11，包括以連通管與第一腔室11連結的次系統。如圖所示，第一腔室11、空心腔體13、工作氣體供應裝置14、電漿產生裝置15便包含在廣義的第一腔室Σ1內，這意味著在實務上上述次系統不一定要有明確的分別，例如空心腔體13可以與第一腔室11是一體的，甚至直接以電漿產生裝置15兼任第一腔室11與空心腔體13。
且，本發明之非接觸式純物理蝕刻系統進一步更具有虛擬邊界，其指離子從第一遮罩層21飛出後到轟擊靶材24之間的空間，為工作區間Σ2。
進一步地，本發明之非接觸式物理蝕刻系統更包括偏壓裝置31，其連接第一遮罩層21、至少一第二遮罩層22及載台23，偏壓裝置31藉由對第一遮罩層21、至少一第二遮罩層22及載台23之中至少二個元件施加偏壓，以控制離子至至少一靶材24之速度。也就是說，偏壓裝置31以賦予偏壓於第一遮罩層21、第二遮罩層22、載台23之中至少兩個元件，使在工作區間Σ2的全部或局部空間形成加速電場，以加速離子至足以顯著蝕刻的能量。偏壓可以施加在第一遮罩層21與載台23上，以使整個工作區間Σ2充滿加速電場。偏壓也可施加在第一遮罩層21與第二遮罩層22上、第二遮罩層22與載台23上，甚至也可以用於複數個第二遮罩層22中的二個遮罩層上（如果第二遮罩層有2個以上的遮罩層），以在工作區間Σ2的局部產生加速電場，進而加速離子至足以顯著蝕刻的能量。
進一步地，本發明之非接觸式物理蝕刻系統較佳更可包含差動裝置32，其連接載台23，差動裝置控制載台23與第一遮罩層21或第二遮罩層22產生差動。亦即，本發明可以差動裝置32，以使載台23能相對於至少一第二遮罩層22或第一遮罩層21做相對活動。其中，當載台23被差動裝置32推動而往三維方向移動時，靶材24將會與第一遮罩層21及第二遮罩層22產生差動，以使通過第一遮罩層21及第二遮罩層22之離子束，根據第一遮罩層21及第二遮罩層22上之至少一圖形的交集圖形與載台23活動路徑，進而蝕刻靶材24以形成至少一圖樣。而差動裝置32於垂直方向移動時可控制載台23及靶材24與第一遮罩層21及第二遮罩層22之間距。
進一步地，本發明之非接觸式物理蝕刻系統較佳更可包含磁力裝置33，其連接第二腔室12，磁力裝置33於第二腔室12內（即工作區間Σ2）形成磁場，磁場位於第一遮罩層21與靶材24之間，磁場聚焦由第一遮罩層21射出之離子，或阻止離子橫向發散。
換言之，第二遮罩層22與磁力裝置33都是用來避免或阻擋橫向發散的離子以提升精確度的措施。第二遮罩層22與附加磁力裝置33可以單獨運用，或是同時運作，端視實務上對精確度的要求。
且，進一步地，本發明之非接觸式物理蝕刻系統較佳更可包含至少一冷卻裝置34，其連接工作腔室1，至少一冷卻裝置34可冷卻空心腔室13、載台23或靶材24。
請參閱第2圖，其係為第1圖中之電漿產生裝置之示意圖，其為一種電子迴旋共振(ECR)電漿產生裝置，其包括反應腔室151、微波產生器152、波導管153、以及磁力器154。電漿產生裝置15係採用電子迴旋共振方式產生電漿。
進一步地說，反應腔室151與第一腔體11連通，因此工作氣體可擴散至反應腔室151內。微波產生器152產生的微波經波導管153進入反應腔室151內，磁力器154使反應腔室151內有磁場，磁場方向平行於微波入射方向。在強力微波或瞬間變化的強磁場作用下，反應腔室151內的工作氣體被電漿化，並在磁場與微波頻率相匹配的情況下，電漿內電子繞磁場的迴旋頻率等於微波頻率時，會發生電子迴旋共振(Electron Cyclotron Resonance，ECR)現象而大幅增加電漿濃度。
請參閱第3圖，其係為本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置之第二實施例之示意圖，並請一併參閱第1圖與第2圖。於本實施例中，在空心腔體13外露於第二腔室12的其他側壁，其進一步以另一第一遮罩層21A為腔壁，並平行於第一遮罩層21A設置另一個第二遮罩層22A、載台23A與靶材24A，相當於在側壁設置額外工作區間Σ2A。類似於工作區間Σ2，額外工作區間Σ2A也可與偏壓裝置31、差動裝置32、磁力裝置33，以及冷卻裝置34連結。換言之，第一遮罩層21、第二遮罩層22、載台23、靶材24彼此之間的空間可視為工作區間。工作區間可建立於空心腔體13暴露於該第二腔室12之任何腔壁，故在空心腔體13暴露於第二腔室12的部份可以設置複數個獨立的工作區間。每個工作區間也都可接受差動裝置32、偏壓裝置31、磁力裝置33、冷卻裝置34的輔助，相當於在第二腔室12內建立複數個獨立的工作區間Σ2。
本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置依載台23是否被附加差動裝置32推動，而分為載台23固定不動的「固定式製程」，以及載台23相對於各遮罩層有相對運動的「差動式製程」。請參閱第4圖，其係為本發明之非接觸式純物理蝕刻方法之「差動式製程」之示意圖，並請一併參閱第1圖至第3圖。為便於描述，僅繪示載台23與各遮罩層差動的情況下，在靶材24上形成的蝕刻圖樣54。如第4圖所示，當選用具有陣列孔洞圖形M1的第一遮罩層21及第二遮罩層22時，根據使用者的需求，載台23在X-Y平面上依據活動路徑51移動，這樣一來，通過遮罩層孔洞的離子束就會在靶材24上蝕刻出線寬對應孔洞口徑52、形狀對應活動路徑51的蝕刻圖形M3。此處之圖形M3以三角形作為態樣，但不應予以侷限。在這裡由於遮罩上有陣列孔洞，所以會在靶材上蝕刻出陣列三角形。
也就是說，當差動裝置32以移動載台23，使載台23往三維方向移動時，靶材24可與第一遮罩層21及第二遮罩層22產生差動，以使通過第一遮罩層21及第二遮罩層22之離子束，可根據第一遮罩層21及第二遮罩層22上之交集圖形與載台23活動路徑，進而以類似同步繪圖的方式蝕刻靶材24以形成至少一圖樣。此一「差動式製程」可用來製造少量樣本、原型遮罩、或是用來做成品修改。
其中，若載台23在移動過程中關閉電漿產生裝置15，或以額外其他裝置（圖中未繪出）阻擋離子束，避免離子束轟擊在靶材24上，則可以繪製出不連續圖樣。
而本發明所謂「固定式製程」是指載台23固定不動的製程，此時靶材24上的蝕刻圖形完全對應各遮罩層的圖形。例如：當各遮罩層的圖樣為前面獲得的陣列圖形M3時，靶材24上便會獲得與圖形M3一樣的蝕刻圖樣。即，藉由電漿產生裝置15產生電漿，使空心腔體13與第一腔室11內擁有電漿，電漿邊緣自發的產生垂直於腔壁的電場使離子垂直於腔壁運動，一部分離子因此從第一遮罩層21的空隙中垂直於表面飛出，直接轟擊在靶材24上，或是經過第二遮罩層22的空隙再轟擊在靶材24上，以對載台23上之至少一靶材24進行蝕刻動作。其中，在第一遮罩層21與靶材24之間的全部或局部空間設有外加電場以加速離子，使其具有能顯著蝕刻的能量。此一「固定式製程」能在空心腔體13、第一遮罩層21、第二遮罩層22、載台23相對不動的情況下將依據第一遮罩層21的圖形在靶材24上進行蝕刻。
請參閱第5圖，其係為本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置應用差動式製程與固定式製程之示意圖，並請一併參閱第1圖至第4圖。其中圖形N0為1個孔洞的第一遮罩層21與第二遮罩層22，將圖形N0搭配差動式製程S22M可做出擁有陣列孔洞的遮罩層N1。遮罩層N1可搭配固定式製程S22F依據陣列孔洞蝕刻靶材，或複製出擁有一樣的陣列孔洞的遮罩層N2，供遮罩層N1消耗以後替補之用。遮罩層N1若搭配差動式製程S22M，便可以做出有陣列圖形的遮罩層N3。遮罩層N3搭配固定式製程S22F可依據該陣列圖形蝕刻靶材，或複製出擁有一樣的圖型陣列的遮罩層N4，供遮罩層N3消耗以後替補之用。
也就是說，使用者可以藉由「差動式製程」與「固定式製程」的搭配自行製作製程所需的消耗性第一遮罩層21與第二遮罩層22。可藉由擁有簡單圖形的母板遮罩層N0一路用差動式製程S22M做到擁有陣列圖形的遮罩層N3，之後就可以用固定式製程S22F大量地生產成品而不再需要使用額外訂製的模板或遮罩層，以達到大量、快速且不須使用任何化學溶劑之製程。
「固定式製程」與「差動式製程」均可為後續製程提供消耗性的遮罩層。因此除了最初的具有簡單圖形(例如點)的遮罩層需要額外訂做外，整套製程可自給自足的供應需要的遮罩層。例如用差動式製程搭配圖形為一個點的遮罩層，可以製做出圖形為陣列點的遮罩層；該陣列點遮罩層再搭配差動式製程可以製做出有複數個複雜圖形的遮罩層。該具有複數複雜圖形的遮罩層搭配固定式製程便可依據該複雜圖形而快速且大量的對靶材蝕刻，而做出成品，或複製出該遮罩層。
其中，最初的母板遮罩層N0係額外製作，可用機械方法、雷射蝕刻、電子束蝕刻、離子束蝕刻等方法做成。一但有了最原始的母板遮罩N0，本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置便能自給自足的製造所需的各種遮罩層。
請參閱第6圖，其係為本發明之非接觸式純物理蝕刻方法之工作流程圖，並請一併參閱第1圖至第5圖。以更清楚的詮釋各流程與裝置的交互關係。圖中編號有S開頭的係指「流程」，純數字的表示前述各實施例所提及的對應裝置。單線箭號（A→B）表示有順序的流程，例如「A→B」表示「先A後B」；雙線箭號（=>）表示同步運作的輔助功能，例如「A=>B」表式「用A輔助B，且該輔助行為與B是同步發生」。點線雙箭號（←‧→）表示用途關連性，例如「A←‧→B」表示「A與B相關」。波浪箭號方向（~>）表示散熱。虛線邊界用來界定非接觸式純物理蝕刻方法之流程方塊發生位置與實體的非接觸式純物理蝕刻裝置的對應，例如框住流程S15與流程S16的虛線框表示空心腔體13與第一遮罩層21，框住流程S13~S16的虛線框表示廣義的第一腔室11。
具體工作流程已詳述過，在此僅簡單的強調其中的關鍵步驟。流程S11~S16分別指流程S11：前置作業；流程S12：抽氣至所需壓力；流程S13：導入工作氣體至第一腔室；流程S14：激發電漿；流程S15：電漿擴散至空心腔體；及流程S16：離子經第一遮罩層飛出。離子飛出後，可以直接轟擊靶材而實現固定式製程S22F或轟擊差動靶材24而實現差動式製程S22M；也可以再經第二遮罩層22飛出後，進入固定式製程S22F或差動式製程S22M。待蝕刻完成後（流程S31），可以是完成品或進入下一個製程（流程S32A），或是將成品作為以後要用的遮罩層（流程S32B），這些以後要用的遮罩層可以是第一遮罩層21而用於流程S16，或是第二遮罩層22而用於流程S21（離子經第二個至第2+n個遮罩層飛出，n大於或等於0）。
其中，可以利用偏壓裝置31與磁力裝置33在第二腔室12內建立電場與磁場，以輔助流程S21、固定式製程S22F與差動式製程S22M。也可以冷卻相關裝置，如冷卻裝置34，以輔助流程S15、流程S16、固定式製程S22F與差動式製程S22M。
儘管於前述說明本發明之非接觸式純物理蝕刻裝置之過程中，亦已同時說明本發明之非接觸式純物理蝕刻方法之概念，但為求清楚起見，以下另繪示步驟流程圖以詳細說明。
請參閱第7圖，其係為本發明之非接觸式純物理蝕刻方法之第一流程圖，其包含下列步驟：
步驟S40：供應電漿至工作腔室；
步驟S41：供應電漿至空心腔體內；以及
步驟S42：通過空心腔體之第一遮罩層射出電漿之離子，以對載台上之至少一靶材進行蝕刻動作。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
步驟S431：通過空心腔體之第一遮罩層射出電漿之離子，並通過第二遮罩層射出；以及
步驟S432：依據第一遮罩層與第二遮罩層之交集圖形，以對載台上之至少一靶材進行蝕刻動作。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
步驟S44：控制載台與至少一第二遮罩層之位移作動，以使載台與至少一第二遮罩層產生差動。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
步驟S45：冷卻空心腔室、載台或至少一靶材。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
步驟S46：於第一遮罩層與至少一靶材之間形成磁場，以聚焦由第一遮罩層射出之離子。
較佳者，非接觸式純物理蝕刻方法更可包含下列步驟：
步驟S47：藉由對第一遮罩層、至少一第二遮罩層及載台之中至少二個施加偏壓，以控制離子至至少一靶材之速度。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
無
1‧‧‧工作腔室
10‧‧‧分隔層
11‧‧‧第一腔室
12‧‧‧第二腔室
13‧‧‧空心腔體
14‧‧‧工作氣體供應裝置
15‧‧‧電漿產生裝置
16‧‧‧抽氣與氣壓維持裝置
17‧‧‧支援裝置
21‧‧‧第一遮罩層
22‧‧‧第二遮罩層
23‧‧‧載台
24‧‧‧靶材
31‧‧‧偏壓裝置
32‧‧‧差動裝置
33‧‧‧磁力裝置
34‧‧‧冷卻裝置
4‧‧‧作用媒介
Σ1‧‧‧虛擬邊界
Σ2‧‧‧工作區間

Claims (8)

  1. 一種非接觸式物理蝕刻系統，其包含：一工作腔室，其係以一分隔層界定一第一腔室與一第二腔室；一空心腔體，係設置於該第一腔室之中，且該空心腔體係貫穿該分隔層，使得該空心腔體之開口係位於該第二腔室內部；一第一遮罩層，係設於該第二腔室之中並連接於該空心腔體的開口；一工作氣體供應裝置，其連接該工作腔室，以供應一工作氣體至該工作腔室；一電漿產生裝置，其連接該工作腔室；其中，該工作氣體供應裝置係供應該工作氣體至該電漿產生裝置，使得該電漿產生裝置能夠透過該工作腔體供應該電漿至該空心腔體之中；以及一載台，其可活動地設置於該第二腔室，用以放置一靶材；其中，該空心腔體之中的該電漿會為了維持其整體的電中性進而在該第一遮罩層的表面產生一邊緣自發電場；進一步地，受到垂直於該第一遮罩層表面之該邊緣自發電場之作用，該電漿所帶有的電漿離子會穿過形成於該第一遮罩層之上的至少一空隙而轟擊該載台上的一靶材，進而蝕刻或切割該靶材。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式物理蝕刻系統，其更包含一第二遮罩層，其設置於該第二腔室，並位於該第一遮罩層與該載台之間，該電漿產生裝置經由該工作腔室供應電漿至該空心腔體內時，該空心腔體內之電漿之離子則通過該空心腔體之該第一遮罩層射出，並通過該第二遮罩層射出，且離子依據該第一遮罩層與該第二遮罩層之交集圖形，以對該載台上之該至少一靶材進行蝕刻動作。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之非接觸式物理蝕刻系統，其更包含一差動裝置，其連接該載台，該差動裝置係控制該載台與該第一遮罩層或該第二遮罩層產生差動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式物理蝕刻系統，其中更包含至少一冷卻裝置，其連接該工作腔室，該至少一冷卻裝置係冷卻該空心腔室、該載台或該至少一靶材。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式物理蝕刻系統，其中電漿產生裝置係採用電子迴旋共振方式產生電漿。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之非接觸式物理蝕刻系統，其中該第二遮罩層之圖案係與該第一遮罩層之圖案相同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之非接觸式物理蝕刻系統，其更包含一磁力裝置，其連接該第二腔室，該磁力裝置係於該第二腔室內形成一磁場，該磁場位於該第一遮罩層與該至少一靶材之間，該磁場聚焦由該第一遮罩層射出之離子或阻止其橫向發散。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之非接觸式物理蝕刻系統，其更包括一偏壓裝置，其連接該第一遮罩層、該第二遮罩層及該載台，該偏壓裝置係藉由對該第一遮罩層、該第二遮罩層及該載台之中至少二個施加一偏壓，以控制離子至至少一靶材之速度。
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