专利名称：一种干法刻蚀坚硬无机材料基板等离子体刻蚀机的电极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种干法刻蚀坚硬无机材料基板等离子体刻蚀机的电极。
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范围内的均勻性，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 IO11cm-5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m-ν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GaN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GaN时，蓝宝石与GaN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
a — 2 ι
射本》2力蓝宝石的折射率)，光线发生全反射，返回LED;如果入射角小于β，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€12和605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勻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，刻蚀均勻性对于提高PSS产品的良率有决定性的作用。如果片内均勻性好，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勻性较好，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。下电极不仅是刻蚀系统刻蚀基片的支撑，而且为刻蚀腔中等离子体系统通过下偏压，使等离子体下基片加速运动从而对基片进行物理轰击，与化学腐蚀配套进行刻蚀。现有的用于刻蚀无机材料基板的ICP刻蚀机的下电极存在诸多问题。首先，电极盘只能放置一片晶片，导致刻蚀系统只能进行单片刻蚀，不利于规模化生产。其次，为了得到较好的刻蚀结果，需要采用气体冷却的方法对单片基片进行冷却，冷却气流很容易将基片吹起偏离原有位置，因此，电极系统要附带压片机构，其增加了电极系统设计和加工的难度。
发明内容本实用新型要解决现有的用于刻蚀无机材料基板的ICP刻蚀机的下电极存在不能规模化生产、结构复杂的问题，提供了一种结构简单、可批量刻蚀的干法刻蚀坚硬无机材料基板等离子体刻蚀机的电极。本实用新型采用的技术方案是一种干法刻蚀坚硬无机材料基板等离子体刻蚀机的电极，包括用于与刻蚀腔固定连接的导轨器，所述导轨器内安装有可在其内作升降运动的升降器，所述升降器上固定连接有下电极托盘，所述下电极托盘设置在导轨器的上方，其特征在于所述下电极托盘包括固定连接的顶盘和底盘，所述顶盘的下部开有圆柱形槽，所述圆柱形槽内固定安装有勻气盘，所述勻气盘与顶盘、底盘之间均设有间隙，所述勻气盘的中心设有将气体通向顶盘的第一通孔，所述第一通孔与冷却气入口连通；所述底盘的底部中心开有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔隔离设置，所述第二通孔的底端连接有密封管，所述第二通孔与冷却气出口连通。进一步，所述升降器安装在带动其运动的丝杆上，所述丝杆的底部与伺服电机的输出轴连接，所述丝杆可转动的安装在导轨器内的丝杆固定器上，所述伺服电机安装在导轨器的底部。进一步，所述下电极托盘通过支撑杆固定连接在升降器的上方。进一步，所述勻气盘的直径小于圆柱形槽的直径。进一步，所述顶盘与底盘之间、所述顶盘与勻气盘之间、所述丝杆固定器与导轨器之间、所述支撑杆与下电极托盘之间、所述支撑杆与升降器之间、所述伺服电机与导轨器之间以及所述密封管与底盘之间均通过螺钉固定连接。本实用新型用伺服电机启动丝杆转动，丝杆左右转动带动升降器的上下运动，从而升降器带动下电极托盘上下运动运送晶片。所述下电极托盘能托起多片晶片，适用于批量刻蚀。为了得到较好的刻蚀结果，下电极托盘需要冷却。本实用新型通过勻气盘将冷却气从冷却气入口导入到第一通孔并进入到顶盘的圆柱形槽内，从而达到冷却顶盘的目的， 这样可以避免晶片被冷却气的气流冲起，不再需要压片系统进行压片操作；而且冷却气可以经底盘的第二通孔从冷却气出口中流出，使冷却气可以从冷却气入口中源源不断的进入冷却顶盘，使冷却效果更加，得到更好的刻蚀结果。本实用新型的使用过程1、将导轨器与刻蚀腔底部连接，两者之间采用密封圈密封；2、机械手将片盘从预真空腔送往刻蚀腔的中心位置；3、启动伺服电机，其输出轴开始转动，带动丝杆转动；4、丝杆的转动带动升降器上升；5、升降器上升带动下电极托盘上升，将片盘顶起一定高度；6、机械手撤出刻蚀腔，阀门关闭；7、冷却气体从冷却气入口进入勻气盘，带走下电极托盘的热量，从冷却气出口导出；8、刻蚀过程结束后，机械手从预真空腔进入刻蚀腔的中心位置；9、伺服电机关闭转动方向，下电极托盘和片盘开始下降，在下降到与机械手同一高度时，片盘落在机械手上，下电极托盘继续下降到原始位置；10、机械手载着片盘撤出刻蚀腔。本实用新型的有益效果( 1)下电极托盘的冷却效果好，从而使刻蚀效果好。(2)由于下电极托盘始从内部冷却，避免晶片被冷却气的气流冲起，不再需要压片系统进行压片操作，结构更简单可靠。(3)下电极托盘能托起多片晶片，适用于批量刻蚀，利于规模化生产。
图1是本实用新型的立体结构示意图。图2是本实用新型的纵向剖视图。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式
。本领域技术人员应该认识到，本实用新型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。参照图1、图2，一种干法刻蚀坚硬无机材料基板等离子体刻蚀机的电极，包括用于与刻蚀腔固定连接的导轨器2，所述导轨器2内安装有可在其内作升降运动的升降器4， 所述升降器4上固定连接有下电极托盘，所述下电极托盘设置在导轨器2的上方，所述下电极托盘包括固定连接的顶盘7和底盘8，所述顶盘7的下部开有圆柱形槽，所述圆柱形槽内固定安装有勻气盘12，所述勻气盘12与顶盘7、底盘8之间均设有间隙，所述勻气盘12的中心设有将气体通向顶盘的第一通孔13，所述第一通孔13与冷却气入口 9连通；所述底盘 8的底部中心开有第二通孔14，所述第二通孔14与第一通孔13隔离设置，所述第二通孔13 的底端连接有密封管10，所述第二通孔14与冷却气出口 11连通。所述升降器4安装在带动其运动的丝杆5上，所述丝杆5的底部与伺服电机1的输出轴连接，所述丝杆5可转动的安装在导轨器2内的丝杆固定器3上，所述伺服电机1安装在导轨器2的底部。所述下电极托盘通过支撑杆6固定连接在升降器4的上方。所述勻气盘12的直径小于圆柱形槽的直径。所述顶盘7与底盘8之间、所述顶盘7与勻气盘12之间、所述丝杆固定器3与导轨器2之间、所述支撑杆6与下电极托盘之间、所述支撑杆6与升降器4之间、所述伺服电机1与导轨器2之间以及所述密封管10与底盘8之间均通过螺钉固定连接。本实用新型用伺服电机1启动丝杆5转动，丝杆5左右转动带动升降器4的上下运动，从而升降器4带动下电极托盘上下运动运送晶片。所述下电极托盘能托起多片晶片， 适用于批量刻蚀。为了得到较好的刻蚀结果，下电极托盘需要冷却。本实用新型通过勻气盘12将冷却气从冷却气入口 9导入到第一通孔13并进入到顶盘7的圆柱形槽内，从而达到冷却顶盘7的目的，这样可以避免晶片被冷却气的气流冲起，不再需要压片系统进行压片操作；而且冷却气可以经底盘8的第二通孔14从冷却气出口 11中流出，使冷却气可以从冷却气入口 9中源源不断的进入冷却顶盘7，使冷却效果更加，得到更好的刻蚀结果。本实用新型的使用过程1、将导轨器2与刻蚀腔底部连接，两者之间采用密封圈密封；2、机械手将片盘从预真空腔送往刻蚀腔的中心位置；3、启动伺服电机1，其输出轴开始转动，带动丝杆5转动；4、丝杆5的转动带动升降器4上升；5、升降器4上升带动下电极托盘上升，将片盘顶起一定高度；6、机械手撤出刻蚀腔，阀门关闭；7、冷却气体从冷却气入口 9进入勻气盘12，带走下电极托盘的热量，从冷却气出口 11导出；8、刻蚀过程结束后，机械手从预真空腔进入刻蚀腔的中心位置；9、伺服电机1关闭转动方向，下电极托盘和片盘开始下降，在下降到与机械手同一高度时，片盘落在机械手上，下电极托盘继续下降到原始位置；10、机械手载着片盘撤出刻蚀腔。
权利要求1.一种干法刻蚀坚硬无机材料基板等离子体刻蚀机的电极，包括用于与刻蚀腔固定连接的导轨器，所述导轨器内安装有可在其内作升降运动的升降器，所述升降器上固定连接有下电极托盘，所述下电极托盘设置在导轨器的上方，其特征在于所述下电极托盘包括固定连接的顶盘和底盘，所述顶盘的下部开有圆柱形槽，所述圆柱形槽内固定安装有勻气盘， 所述勻气盘与顶盘、底盘之间均设有间隙，所述勻气盘的中心设有将气体通向顶盘的第一通孔，所述第一通孔与冷却气入口连通；所述底盘的底部中心开有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔隔离设置，所述第二通孔的底端连接有密封管，所述第二通孔与冷却气出口连O
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等离子体刻蚀机的电极， 其特征在于所述升降器安装在带动其运动的丝杆上，所述丝杆的底部与伺服电机的输出轴连接，所述丝杆可转动的安装在导轨器内的丝杆固定器上，所述伺服电机安装在导轨器的底部。
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等离子体刻蚀机的电极，其特征在于所述下电极托盘通过支撑杆固定连接在升降器的上方。
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等离子体刻蚀机的电极， 其特征在于所述勻气盘的直径小于圆柱形槽的直径。
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等离子体刻蚀机的电极， 其特征在于所述顶盘与底盘之间、所述顶盘与勻气盘之间、所述丝杆固定器与导轨器之间、所述支撑杆与下电极托盘之间、所述支撑杆与升降器之间、所述伺服电机与导轨器之间以及所述密封管与底盘之间均通过螺钉固定连接。
专利摘要一种干法刻蚀坚硬无机材料基板等离子体刻蚀机的电极，包括用于与刻蚀腔固定连接的导轨器，所述导轨器内安装有可在其内作升降运动的升降器，所述升降器上固定连接有下电极托盘，所述下电极托盘设置在导轨器的上方，所述下电极托盘包括固定连接的顶盘和底盘，所述顶盘的下部开有圆柱形槽，所述圆柱形槽内固定安装有匀气盘，所述匀气盘与顶盘、底盘之间均设有间隙，所述匀气盘的中心设有将气体通向顶盘的第一通孔，所述第一通孔与冷却气入口连通；所述底盘的底部中心开有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔隔离设置，所述第二通孔的底端连接有密封管，所述第二通孔与冷却气出口连通。本实用新型的有益效果冷却效果好，从而使刻蚀效果好。
文档编号H01J37/32GK202307823SQ201120352699
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者李超波, 汪明刚, 陈波, 黄成强 申请人:中国科学院嘉兴微电子仪器与设备工程中心