一種用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置的製作方法
2023-10-17 11:20:49 1
專利名稱：一種用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大氣壓冷等離子體射流刻蝕光阻材料的裝置，特別涉及能夠均勻刻蝕光阻材料的機構。
背景技術：
光阻材料廣泛應用於發光二極體、微機電系統(MEMS)、太陽能光伏、光電子器件、 微流道和生物晶片、封裝、微納製造、磁存儲、大規模集成電路(VSLI)等領域。光刻工藝是以上應用過程中的一個重要工藝步驟。而集成電路是通過反覆光刻製得的，大約佔據了晶片製造中一半的步驟，光刻約佔所有成本的35%。因此光刻與光阻材料是微電子技術中的關鍵技術和關鍵材料。目前對光阻材料的刻蝕有兩種方法，一種為溼刻蝕法，即採用液體通過化學反應的方法去除光刻膠，這種方法自動化程度不高，成本高，而且會造成環境汙染； 另一種方法是幹刻蝕法，即採用等離子體來刻蝕光阻材料，這就要求光阻材料易於被等離子體去除。在光阻材料的刻蝕方面，等離子體刻蝕由於其汙染小而得到了廣泛應用。等離子體刻蝕有4種基本的方法濺射法、化學法、能量離子增強法以及能量離子防護法。但是以上所提及的刻蝕方法總是在低氣壓條件下進行，需要真空泵持續抽氣以滿足低氣壓條件， 這就使得半導體的製造成本較高。由此，很多研究者嘗試採用大氣壓下放電的方式以降低製造成本。而APPJ由於其本身的優越特性，是進行光阻材料刻蝕的較好方法。APPJ的溫度低於或者接近室溫，非常適合於光阻材料的刻蝕。這种放電方式通過改變設計結構，可以使放電的尺寸達到微米尺度， 形成典型的微放電，這對於處理微納尺度的材料是十分有利的。而且這种放電方式一般將待處理材料放置在放電的下遊，可以很容易對三維材料或者凹凸不平的材料進行處理，並且通過移動射流或者待處理材料實現大面積材料的處理。在材料處理方面，大多研究關注APPJ對材料表面改性(由於研究論文眾多， 本文中只列出有限幾篇)，而專門從事光阻材料刻蝕方面的研究相對較少，下面就採用 APPJ技術對光阻材料刻蝕的研究工作進行綜述分析。美國加利福尼亞大學洛杉機分校的 R. F. Hicks教授課題組與洛斯阿拉莫斯國家實驗室的G. S. Selwyn博士合作採用He/02混合氣體對聚醯亞胺材料進行了大氣壓條件下的刻蝕研究；韓國學者M. H. Jung和H. S. Choi利用Ar/02混合氣體以及He/02混合氣體對光阻材料進行了刻蝕；日本學者H. Yoshiki等人基於微型APPJ對於光阻材料進行局部刻蝕，O2作為刻蝕過程中的工作氣體，採用13. 56MHz的射頻源來激發等離子體。中國臺灣的H. H. Chen等人也基於APPJ技術對光阻材料進行了刻蝕研究，利用N2和Ar作為工作氣體，但是刻蝕後光阻材料的表面狀況並未見詳細報導。中國科學院微電子研究所的王守國研究員等人也採用APPJ對光阻材料進行了刻蝕研究，採用了 He/02的混合氣體作為工作氣體，得到了刻蝕率，但是刻蝕後表面的狀況文中並沒有給出詳細描述。 首先，先前的大部分研究對於刻蝕後的光阻材料表面狀況並未見到詳細的報導；其次，先前的刻蝕方法採用的結構是稱為一種等離子體針的裝置(Plasma needle)，這種處理結構由於其功率電極是一根金屬針(或者金屬絲)，高壓加在尖端金屬絲尖端，電場過度集中，導致其射流不均勻，射流中心位置強度大，從而材料刻蝕不均勻，被刻蝕光阻材料中心位置出現黑色斑點，甚至刻蝕完成後會損壞下面的矽基片。參見圖(1)，等離子體針(plasma needle)的結構示意圖，功率電極是金屬絲，接地電極是金屬環。由於高壓端加在金屬絲上，電場集中分布在功率電極尖端，導致射流不均勻，能量集中在射流中部，強度大，因而造成光阻材料的燒蝕，材料中心出現黑色斑點(如圖3和圖5所示，圖3為樣品固定不動刻蝕，圖5為樣品勻速 移動刻蝕)。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供一種能夠均勻射流的裝置，從對光阻材料進行均勻而乾淨地刻蝕，避免刻蝕後黑色斑點出現。本發明的目的是通過以下技術方案來解決的一種用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置，包括氬氣瓶、流量控制閥、 氣體流量表、聚四氟乙烯管、陶瓷管、高壓探針、功率電極、高電壓低頻率功率源、光纖、樣品和發射光譜儀；所述氬氣瓶外接流量控制閥，流量控制閥上連接氣體流量表，氣體流量表接到聚四氟乙烯管，聚四氟乙烯管末端接陶瓷管；所述高電壓低頻率功率源外接功率電極，功率電極設置在陶瓷管外壁；所述陶瓷管埠對應處設置樣品，在樣品與陶瓷管埠之間存在等離子體射流。所述功率電極為金屬環。所述聚四氟乙烯管的內徑4mm、外徑為6mm。所述陶瓷管的內徑1. 5mm、外徑為3. 5mm。所述陶瓷管與聚四氟乙烯管之間設置絕緣膠帶。所述氣體流量表通過透明塑料軟管接到聚四氟乙烯管。所述大氣壓冷等離子體射流裝置的使用方法，採用氬氣作為工作氣體，氬氣瓶外接流量控制閥，轉動控制閥調節氣體流量的大小，通過外接的氣體流量表測出氣體流量；然後，氣體流量表通過透明塑料軟管接到聚四氟乙烯管上；聚四氟乙烯管末端接陶瓷管，陶瓷管與聚四氟乙烯管之間是絕緣膠帶；高電壓低頻率功率源外接功率電極上，採用金屬細絲環作為功率電極，放電在金屬環產生後，被氣流吹出腔體產生射流，射流到達基片上，進行光阻材料刻蝕；樣品底部通過一個電阻接地，構成迴路；光譜測量通過等離子體射流外邊放置的光纖連接到發射光譜儀上進行測量。本發明能夠對光阻材料進行均勻而且乾淨地刻蝕，避免刻蝕後黑色斑點出現，這在半導體製造業光刻工藝中尤為重要，可以進行高效均勻刻蝕，避免基片損壞。
圖1為現有技術中的等離子體針(plasma needle)的結構示意圖；其中1為氬氣瓶；2為流量控制閥；3為氣體流量表；4為聚四氟乙烯管；5為聚四氟乙烯管；6為接地電極；7為高電壓低頻率功率源；8為等離子體射流；9為樣品；10為光纖；11為發射光譜儀；12為功率電極(金屬絲)。
圖2為本發明等離子體鉛筆(plasma pencil)的結構示意圖；其中1為氬氣瓶；2為流量控制閥；3為氣體流量表；4為聚四氟乙烯管；5為陶瓷管；6為功率電極；7為高電壓低頻率功率源；8為等離子體射流；9為樣品；10為光纖；11為發射光譜儀。圖3、樣品固定不動；plasma needle (裝置1，圖1)；電壓2. 5kV ；氣體流量0. 51pm ； 功率電極尖端與樣品距離15mm ；處理時間20s ；圖4、樣品固定不動；plasma pencil (裝置2，圖2)；電壓8. 5kV ；氣體流量0. 51pm ； 功率電極與樣品距離13mm ；處理時間20s ；圖5、樣品勻速運動；plasma needle (裝置1，圖1)；電壓4. 125kV ；氣體流量 0. 51pm ；功率電極尖端與樣品距離15mm)；圖6、樣品勻速運動；plasma pencil (裝置2，圖2)；電壓8. 5kV ；氣體流量0. 51pm ； 功率電極與樣品距離13mm ；處理次數30次；所述樣品為光阻材料。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述參見圖2，等離子體鉛筆(plasma pencil)的原理圖，該大氣壓冷等離子體射流裝置包括氬氣瓶、流量控制閥、氣體流量表、聚四氟乙烯管、陶瓷管、功率電極、高電壓低頻率功率源、光纖、樣品和發射光譜儀；所述氬氣瓶外接流量控制閥，流量控制閥上連接氣體流量表，氣體流量表接到聚四氟乙烯管，聚四氟乙烯管末端接陶瓷管；所述高電壓低頻率功率源連接到功率電極，功率電極設置在陶瓷管外壁；所述陶瓷管埠對應處設置樣品，在樣品與陶瓷管埠之間存在等離子體射流。所述功率電極為金屬環。所述聚四氟乙烯管的內徑4mm、外徑為6mm。所述陶瓷管的內徑1. 5mm、外徑為3. 5mm。所述陶瓷管與聚四氟乙烯管之間設置絕緣膠帶。所述氣體流量表通過透明塑料軟管接到聚四氟乙烯管。功率電極是金屬環，電場分布均勻，射流能量分布均勻，活性粒子分布均勻，因而光阻材料表面經過處理後比較乾淨、均勻，不會有過度燒蝕的黑色斑點出現(如圖4，6所示，圖4為樣品固定不動刻蝕，圖6為樣品勻速移動刻蝕)。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式
僅限於此，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定專利保護範圍。
權利要求
1.一種用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置，其特徵在於包括氬氣瓶、 流量控制閥、氣體流量表、聚四氟乙烯管、高壓探針、功率電極、高電壓低頻率功率源、光纖、 等離子體射流、樣品和發射光譜儀；所述氬氣瓶外接流量控制閥，流量控制閥上連接氣體流量表，氣體流量表接到聚四氟乙烯管，聚四氟乙烯管末端接陶瓷管；所述高電壓低頻率功率源外接功率電極，功率電極設置在陶瓷管外壁；所述陶瓷管埠對應處設置樣品，在樣品與陶瓷管埠之間存在等離子體射流。
2.如權利要求1所述用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置，其特徵在於 所述功率電極為金屬環。
3.如權利要求1所述用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置，其特徵在於 所述聚四氟乙烯管的內徑4mm、外徑為6mm。
4.如權利要求1所述用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置，其特徵在於 所述陶瓷管的內徑1. 5mm、外徑為3. 5mm。
5.如權利要求1所述用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置，其特徵在於 所述陶瓷管與聚四氟乙烯管之間設置絕緣膠帶。
6.如權利要求1所述用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置，其特徵在於 所述氣體流量表通過透明塑料軟管接到聚四氟乙烯管。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6所述大氣壓冷等離子體射流裝置的使用方法，其特徵在於採用氬氣作為工作氣體，氬氣瓶外接流量控制閥，轉動控制閥調節氣體流量的大小，通過外接的氣體流量表測出氣體流量；然後，氣體流量表通過透明塑料軟管接到聚四氟乙烯管上；聚四氟乙烯管末端接陶瓷管，陶瓷管與聚四氟乙烯管之間是絕緣膠帶；高電壓低頻率功率源外接功率電極上，採用金屬細絲環作為功率電極，放電在金屬環產生後，被氣流吹出腔體產生射流，射流到達基片上，進行光阻材料刻蝕；樣品底部通過一個電阻接地，構成迴路；光譜測量通過等離子體射流外邊放置的光纖連接到發射光譜儀上進行測量。
全文摘要
本發明公開了一種用於刻蝕光阻材料的大氣壓冷等離子體射流裝置，採用氬氣作為工作氣體，氬氣瓶外接流量控制閥，轉動控制閥調節氣體流量的大小，通過外接的氣體流量表測出氣體流量；然後，氣體流量表接到聚四氟乙烯管上；聚四氟乙烯管末端接陶瓷管；高電壓低頻率功率源接到功率電極上，採用金屬細絲環作為功率電極，放電在金屬環產生後，被氣流吹出腔體產生射流，射流到達基片上，進行光阻材料刻蝕。本發明能夠在大氣壓條件下對光阻材料進行均勻而且乾淨地刻蝕，避免刻蝕後黑色斑點出現，這在半導體製造業光刻工藝中尤為重要，可以進行均勻刻蝕，避免基片損壞。
文檔編號H05H1/24GK102333410SQ201110276429
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者傅明政, 史宗謙, 寧文軍, 王立軍, 賈申利 申請人:西安交通大學