干法刻蝕現(xiàn)已成為微小高深寬比結構加工與微細圖形制作的重要手段。提出了一種新的干法刻蝕技術-多層等離子體蝕刻, 充分利用腔體的空間布局, 布置多層電極, 并采用分層送氣裝置輸送放電氣體, 實現(xiàn)多層同時進行刻蝕, 可成倍提高產(chǎn)能。采用該技術刻蝕光阻為例, 從空間與時間兩個角度分析了工藝參數(shù)對刻蝕速率與均勻性的影響規(guī)律與作用機理。實驗結果表明, 極板間距為50/ 55/ 60 mm( 由下向上) , 工作壓力為40 Pa, R[ O2 : Ar] 為1/2, RF 功率為600W 時, 整爐次刻蝕速率均值為14.395 nm/ min, 均勻性為9.8%, 此時工藝最為合理。

　　隨著結構/ 零件與集成電路光電子元器件向微型化和高精密化方向發(fā)展, 對加工工藝的要求也越來越高。尤其是針對高深寬比結構的加工, 刻蝕技術作為一種有效的關鍵手段, 倍受國內(nèi)外有關學者與研究機構的關注。其中, 相對于濕法刻蝕的毛細現(xiàn)象與各向同性機理， 干法刻蝕利用等離子體中的活性離子與離子團對材料進行蝕刻, 工藝參數(shù)控制較為靈活, 可實現(xiàn)線條的微細化加工, 并可獲得更高的刻蝕精度, 成為微細圖形加工與轉換的重要手段, 已做為微小結構/ 零件加工的重要手段。

　　隨著干法刻蝕技術的不斷發(fā)展與成熟, 現(xiàn)主要有反應離子刻蝕(RIE) 、感應耦合等離子體(ICP) 和磁增強反應離子刻蝕(MERIE) 技術等 。目前, 干法刻蝕的工藝研究僅局限于單層刻蝕機結構與工藝參數(shù)的影響, 例如氣體種類與氣流量、RF 功率、磁場強度等。但在實際的生產(chǎn)應用中,為了追求產(chǎn)能和生產(chǎn)效率, 單層的刻蝕機已經(jīng)不能滿足需求。鑒于此, 真空技術網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認為提出了多層等離子體蝕刻(MPE) 技術, 充分合理地利用腔體的空間布局, 設置多層電極( 三層或三層以上) 結構, 提高了基片的裝載量。并以Ar/O2作為刻蝕氣體, 以光阻為蝕刻對象,從空間和時間兩個角度研究了工藝參數(shù)對刻蝕速率與均勻性的影響, 并從物理機制上做出分析, 探尋最優(yōu)化的工藝方案, 為實際生產(chǎn)提供有力保障。

　　MPE 技術

　　該技術利用了腔體的空間布局, 布置多層電極( 三層或三層以上) , 采用分層送氣裝置, 將放電氣體分別輸送到各個反應空間內(nèi), 且將氣盤直接作為上電極板, 每層的氣盤通過電源匹配器, 同時與電源相連, 下電極板直接接地。通過氣體流量控制器選擇某種氣體或者混合氣體進入真空室內(nèi), 施加RF 功率后, 每層之間形成單獨的放電回路, 同時產(chǎn)生等離子體, 在電勢差的作用下, 活性離子及離子團實現(xiàn)對基片的刻蝕, 原理如圖1 所示。該技術的優(yōu)點主要包括兩個方面: 一是在充分利用腔體空間的基礎上,成倍地提高了產(chǎn)能; 二是以往RIE 技術, 反應氣體由單一管道直接通入真空室, 致使氣體在整個腔室內(nèi)分布不均勻, 該技術采用分層送氣裝置輸送至各反應電極板之間, 極大地提高了刻蝕均勻性。

圖1 MPE 技術示意圖

　　本文提出了一種新型的干法刻蝕技術-MPE技術。該技術利用腔體的空間布局, 布置多層電極(三層或三層以上) , 采用分層送氣裝置, 將放電氣體分別輸送到各個反應腔體內(nèi), 且將氣盤直接作為上電極板, 多層氣盤通過電源匹配器, 同時與電源相連, 下電極板直接接地, 通電后實現(xiàn)對基片的蝕刻。

　　該技術在原有單層刻蝕機的基礎上, 成倍增加了基片的裝載量, 尤其在實際生產(chǎn)中, 大大提高了產(chǎn)能,具有寬廣的應用前景。

　　本文以GaN 材料為基片, 光阻為蝕刻對象, Ar/O2 為刻蝕氣體, 從空間( 極板間距, RF 功率, 工作壓力與Ar 氣流量) 和時間( 刻蝕時間) 兩個角度, 分析了不同工藝參數(shù)下, 刻蝕速率與均勻性的變化趨勢與規(guī)律, 得出最優(yōu)工藝條件為: 極板間距為50/ 55/ 60mm( 由下向上) ; 工作壓力為40 Pa; O2/Ar 比為1/ 2;RF 功率為600W; 持續(xù)刻蝕時間為20 min。此時, 根據(jù)公式(1) 可得, 整爐次刻蝕速率可達14.395 nm/min, 均勻性為9.8%。