[实用新型]一种干法刻蚀坚硬无机材料基板ICP刻蚀机的刻蚀腔

说明书

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ICP刻蚀机的刻蚀腔。 

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范围内的均匀性，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                                                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，在衬底表面生长时，蓝宝石与的晶格失配会减小，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（空气的折射率，为蓝宝石的折射率），光线发生全反射，返回LED；如果入射角小于，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和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匀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，刻蚀均匀性对于提高PSS产品的良率有决定性的作用。如果片内均匀性好，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匀性较好，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。