一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置，包括基座、六自由度平台、反应隔离腔、搅拌器和刻蚀液容器；所述六自由度平台设置在所述基座的底部，所述反应隔离腔设置在所述基座的顶部；所述刻蚀液容器设置在所述反应隔离腔内，所述搅拌器从所述反应隔离腔的顶部伸入到所述刻蚀液容器内；所述刻蚀液容器的底部开口，所述刻蚀液容器的底部开口处固定待加工样品；所述六自由度平台搭载光源，所述基座和反应隔离腔的底部均设有光路通孔，所述反应隔离腔的光路通孔内设有光学滤镜。六自由度平可驱动照射光源实现周期性摆动和转动，以均匀的干涉条纹在待加工样品背面补偿照射，从而引导待加工样品刻蚀形成几何尺寸高度可控的微纳结构。

A device and method for auxiliary etching by irradiating interference light

The invention relates to a device for auxiliary etching by irradiating interference light, including a base, a six degree of freedom platform, a reaction isolation chamber, a stirrer and an etching liquid container; the six degree of freedom platform is arranged at the bottom of the base, the reaction isolation chamber is arranged at the top of the base; the etching liquid container is arranged in the reaction isolation chamber, and the stirrer is arranged from the reaction isolation chamber The top of the isolation chamber extends into the etching liquid container; the bottom opening of the etching liquid container fixes the sample to be processed at the bottom opening of the etching liquid container; the six degree of freedom platform is equipped with a light source, the base and the bottom of the reaction isolation chamber are equipped with an optical path through hole, and the optical path through hole of the reaction isolation chamber is equipped with an optical filter. The six degree of freedom flat can drive the illumination source to swing and rotate periodically, and compensate the illumination with uniform interference fringes on the back of the sample to be processed, so as to guide the sample to be processed to form a micro nano structure with highly controllable geometry.

【技术实现步骤摘要】
一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置和方法
本专利技术涉及半导体材料刻蚀
，具体涉及一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置和方法。
技术介绍
对半导体材料进行微细加工的常用方法包括：干法刻蚀、激光加工、湿法刻蚀。干法刻蚀使用反应气体，对半导体材料进行加工处理。常用工艺有反应离子刻蚀(RIE)等，其优点是加工精度高，但设备成本高昂、维护成本高，加工速率较慢。激光加工常使用飞秒激光或皮秒激光等超快激光对半导体材料进行加工，优点为加工速率快，设备成本较低，不需要预先制作掩膜等，缺点是激光加工亚微米或纳米尺寸的结构难度较大，加工过程中易产生热影响区。因此，湿法刻蚀，如金属辅助化学刻蚀(MACE)，成为对半导体材料进行精细加工的一种新选择。金属辅助化学刻蚀的常规工艺流程包括：首先，根据加工要求在半导体材料上通过光刻显影、电子束镀膜等方式，将金属催化层镀在样品表面；然后，将样品浸泡在刻蚀液中，使得与金属催化层接触的半导体部分因发生化学反应被溶解，未被溶解的部分被保留从而得到目标微结构。对于窄禁带半导体材料，如硅、砷化镓等，金属辅助化学反应方法能轻易的实现；但对于宽禁带半导体材料，如碳化硅、氮化硅等，由于化学反应很难进行，常规的金属辅助化学刻蚀方法通常很难实现加工，亟需专利技术新的加工方法。光照辅助刻蚀被用于加工多孔硅(中国专利CN201120406111.4)、多孔氮化镓(Lu,H,1997)等。上述半导体材料表面吸收光子后，产生刻蚀半导体所需的空穴，从而发生化学反应、实现材料的溶解去除。常规光照辅助刻蚀的缺点在于，只能在半导体材料上加工得到无序的微孔阵列，无法实现对微纳结构的精确控制，必须提出一种新方法，改进光照辅助刻蚀，得到形貌可控的微纳结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种微纳结构尺寸高度可控的利用干涉光照射辅助刻蚀的装置和方法。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置，包括基座、六自由度平台、反应隔离腔、搅拌器和刻蚀液容器；所述六自由度平台设置在所述基座的底部，所述反应隔离腔设置在所述基座的顶部；所述刻蚀液容器设置在所述反应隔离腔内，所述搅拌器从所述反应隔离腔的顶部伸入到所述刻蚀液容器内；所述刻蚀液容器的底部开口，所述刻蚀液容器的底部开口处固定待加工样品；所述六自由度平台搭载光源，所述基座和反应隔离腔的底部均设有光路通孔，所述反应隔离腔的光路通孔内设有光学滤镜；所述光源发出的光从所述基座的底部顺次穿过所述基座和反应隔离腔照射到所述刻蚀液容器的底部的待加工样品上并形成干涉条纹。更进一步的说明，还包括锁紧装置，所述锁紧装置包括锁紧装置上盖板、锁紧装置下盖板和锁紧螺栓，所述刻蚀液容器固定在所述锁紧装置上盖板和锁紧装置下盖板之间；所述反应隔离腔的底部内侧设有下盖板容纳槽，所述锁紧装置下盖板设置在所述下盖板容纳槽内；所述锁紧装置下盖板的中部设有容器容纳槽，所述刻蚀液容器的底部设置在所述容器容纳槽内；所述锁紧装置上盖板的中部设有容器通孔，所述容器通孔的底部设有和所述刻蚀液容器的侧壁设有互相配合的台阶状突起；所述刻蚀液容器穿过所述容器通孔插入到所述容器容纳槽内；所述缩紧装置上盖板和锁紧装置下盖板之间通过锁紧螺栓锁紧固定。更进一步的说明，还包括密封上胶块和密封下胶块，所述密封上胶块和密封下胶块设置在所述容器容纳槽中；所述密封上胶块设置在所述刻蚀液容器的底部，所述密封上胶块的中部开孔且与所述刻蚀液容器的底部连通；所述密封下胶块的中部和所述容器容纳槽的中部均开设有光路通孔；所述密封上胶块和密封下胶块相对的面上均设有凹槽，上下两个所述凹槽扣合形成用于容纳所述待加工样品的容纳腔，所述待加工样品夹紧固定于所述密封上胶块和密封下胶块之间的容纳腔中。更进一步的说明，所述反应隔离腔上设有进气口和排气口，所述进气口设置在所述反应隔离腔一侧的底部位置，所述排气口设置在反应隔离腔的和所述进气口相对的一侧的顶部位置。更进一步的说明，所述反应隔离腔的顶部设有搅拌支架；所述搅拌支架为中空结构，所述搅拌支架的底部为圆柱结构，所述搅拌支架固定在所述反应隔离腔的顶部。更进一步的说明，所述反应隔离腔包括腔体和盖体，所述盖体扣合到所述腔体上形成密闭的空间；所述盖体的顶部设有腔盖提手，所述腔盖提手设置在所述盖体顶部的两侧。利用干涉光照射辅助刻蚀的方法，包括如下步骤：步骤一，对待加工样品进行清洗、光刻、显影和镀金属催化层；步骤二，将待加工样品安装到所述干涉光照射辅助刻蚀的装置中，加入刻蚀液，打开光源，使刻蚀液接触到待加工样品具有金属催化层的一侧，使光源照射到待加工样品的另一侧；步骤三，反应一段时间后，加工得到的微纳结构长度为L1，平移照射位置至S1处，使微纳结构向着干涉条纹亮条纹区域延展长度L2，形成第1转折点，转角为α1；步骤四，反应一段时间后，平移照射位置至S2处，使微纳结构向着干涉条纹亮条纹区域延展长度L3，形成第2转折点，转角为α2；步骤五，重复步骤四，得到所需微纳结构，取出加工完成的样品，充分清洗。更进一步的说明，所述步骤一中的所述待加工样品的成分为硅、锗、砷化镓、碳化硅或氮化镓；所述金属催化层的成分为金、银、钯、铂、钛和铬中的一种或多种，且所述金属催化层的间距与干涉光亮条纹的间距相等。更进一步的说明，所述步骤二中的刻蚀液的成分为刻蚀液成分为氢氟酸、硫酸、硝酸、过氧化氢、高锰酸钾、过硫酸钾、氨水、氢氧化钾、丙三醇、乙二醇、乙醇和水中的一种或多种。更进一步的说明，所述步骤二中的光源由两束光叠加而成，两束光为514nm、365nm、257nm中的同一种或两种波长的两束光，两束光成夹角θ，功率为0.1～10W，照射时间的范围为1～180min。本专利技术的有益效果：六自由度平台自由调整光源的入射方向，光源经光学滤镜滤光，选择性透过辅助光照。搅拌器以10～1000rpm的转动速度转动，使刻蚀液与待加工样品充分反应。六自由度平台驱动光源上下移动，可实现照射距离最大值为100mm，最小值为5mm，并可驱动照射光源实现周期性摆动和转动，以均匀的干涉条纹在待加工样品背面补偿照射，从而引导待加工样品刻蚀形成几何尺寸高度可控的微纳结构。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的一个实施例的整体结构示意图；图2是本专利技术的一个实施例的部分结构示意图；图3是本专利技术的一个实施例的刻蚀待加工样品的示意图；图4是本专利技术的一个实施例中初始刻蚀待加工样品的示意图；图5是本专利技术的一个实施例中移动照射位置至S1处刻蚀待加工样品的示意图；图6是本专利技术的一个实施例中移动照射位置至S2处刻蚀待加工样品的示意图；其中：基座1、六自由度平台2、反应隔离腔3、下盖板容纳槽31、进气口32、排气口33、腔盖提手34、光学滤镜35、腔体301、盖体302、搅拌器4、刻蚀液容器5、锁紧装置6、锁紧装置上盖板61、锁紧装置下盖板62、容器容纳槽621、锁紧螺栓63、密封上胶块71、密封下胶块72、搅拌支架8、待加工样品01、光照02、干涉条纹03、金属催化层04、刻蚀液05和微纳结构06。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。如图1-图6所示，一种利用干涉光照02射辅助刻蚀的装置，包括基座1、六自由度平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置，其特征在于：包括基座、六自由度平台、反应隔离腔、搅拌器和刻蚀液容器；所述六自由度平台设置在所述基座的底部，所述反应隔离腔设置在所述基座的顶部；所述刻蚀液容器设置在所述反应隔离腔内，所述搅拌器从所述反应隔离腔的顶部伸入到所述刻蚀液容器内；所述刻蚀液容器的底部开口，所述刻蚀液容器的底部开口处固定待加工样品；所述六自由度平台搭载光源，所述基座和反应隔离腔的底部均设有光路通孔，所述反应隔离腔的光路通孔内设有光学滤镜；所述光源发出的光从所述基座的底部顺次穿过所述基座和反应隔离腔照射到所述刻蚀液容器的底部的待加工样品上并形成干涉条纹。

【技术特征摘要】
1.一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置，其特征在于：包括基座、六自由度平台、反应隔离腔、搅拌器和刻蚀液容器；所述六自由度平台设置在所述基座的底部，所述反应隔离腔设置在所述基座的顶部；所述刻蚀液容器设置在所述反应隔离腔内，所述搅拌器从所述反应隔离腔的顶部伸入到所述刻蚀液容器内；所述刻蚀液容器的底部开口，所述刻蚀液容器的底部开口处固定待加工样品；所述六自由度平台搭载光源，所述基座和反应隔离腔的底部均设有光路通孔，所述反应隔离腔的光路通孔内设有光学滤镜；所述光源发出的光从所述基座的底部顺次穿过所述基座和反应隔离腔照射到所述刻蚀液容器的底部的待加工样品上并形成干涉条纹。2.根据权利要求1所述的一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置，其特征在于：还包括锁紧装置，所述锁紧装置包括锁紧装置上盖板、锁紧装置下盖板和锁紧螺栓，所述刻蚀液容器固定在所述锁紧装置上盖板和锁紧装置下盖板之间；所述反应隔离腔的底部内侧设有下盖板容纳槽，所述锁紧装置下盖板设置在所述下盖板容纳槽内；所述锁紧装置下盖板的中部设有容器容纳槽，所述刻蚀液容器的底部设置在所述容器容纳槽内；所述锁紧装置上盖板的中部设有容器通孔，所述容器通孔的底部设有和所述刻蚀液容器的侧壁设有互相配合的台阶状突起；所述刻蚀液容器穿过所述容器通孔插入到所述容器容纳槽内；所述缩紧装置上盖板和锁紧装置下盖板之间通过锁紧螺栓锁紧固定。3.根据权利要求2所述的一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置，其特征在于：还包括密封上胶块和密封下胶块，所述密封上胶块和密封下胶块设置在所述容器容纳槽中；所述密封上胶块设置在所述刻蚀液容器的底部，所述密封上胶块的中部开孔且与所述刻蚀液容器的底部连通；所述密封下胶块的中部和所述容器容纳槽的中部均开设有光路通孔；所述密封上胶块和密封下胶块相对的面上均设有凹槽，上下两个所述凹槽扣合形成用于容纳所述待加工样品的容纳腔，所述待加工样品夹紧固定于所述密封上胶块和密封下胶块之间的容纳腔中。4.根据权利要求1所述的一种利用干涉光照射辅助刻蚀的装置，其特征在于：所述反应隔离腔上设有进气口和排气口，所述进气口设置在所述反应隔离腔一侧的底部位置，所述排气口设置在反应隔离腔的和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云，施达创，姚瑶，陈新，高健，刘强，贺云波，汪正平，赵铌，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44