基本信息
- 项目名称：
- 微波激励等离子体刻蚀及清洗装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 研制的微波激励等离子体刻蚀及清洗装置，吸收了微波等离子体增强型化学气相沉积（MPECVD）方法的优点，利用微波产生等离子体，在工作原理上不同于目前市场上流行的电容耦合式（CCP）、感应耦合式（ICP）和电子回旋共振式（ECR）等离子体刻蚀装置，无电极污染、工作压强范围大、等离子体密度高、活性强；采用日用微波炉的微波系统，改造加工成微波等离子体反应腔体，不仅构思巧妙，独具创新，而且主体设备的制作成本大大降低；通过配置真空系统、水冷却系统、供气系统和监测系统等外部组件，组装制作成具有自主知识产权的等离子体刻蚀及清洗的整套装置。 研制的微波激励等离子体刻蚀及清洗装置，主要用于有机材料光电子器件的制备，也可用于工业元件的清洗等，性价比高,具有较强的市场竞争力, 对于微波等离子体技术的发展和应用，具有积极的意义和实用价值。
- 详细介绍：
- 通过分析现在市场上流行的等离子体刻蚀设备的特点，针对有机聚合物材料光电子器件微加工的要求，研制出一种具有显著高性价比的新型等离子体装置，即微波激励等离子体刻蚀及清洗装置。 研制的微波激励等离子体刻蚀及清洗装置，吸收了微波等离子体增强型化学气相沉积（MPECVD）方法的优点，采用微波产生等离子体，在工作原理上不同于通常的电容耦合式（CCP）、感应耦合式（ICP）和电子回旋共振式（ECR）等离子体刻蚀装置，避免了电极污染（反应室内无高压电极），工作压强范围大（从千分之一帕到几个大气压）、等离子体密度高（10^17-10^18 m^-3）和活性强；采用日用微波炉的微波系统，改造加工成微波等离子体反应腔体，不仅构思巧妙，独具创新，而且主体设备的制作成本大大降低；通过配置真空系统、水冷却系统、供气系统和监测系统等外部组件，组装制作成具有自主知识产权的等离子体刻蚀及清洗的整套装置。 研制出的微波激励等离子体刻蚀及清洗装置，主要用于有机材料光电子器件的制备，也可用于工业元件的清洗等。相对于目前市场上的等离子体刻蚀清洗设备,本作品的性价比高，具有较强的市场竞争力，对于微波等离子体技术的发展和应用，具有积极的意义和作用。此外，就等离子体清洗技术而言，相对于工业湿法清洗，具有无三废排放、无二次污染、清洗剥离度强等优点，对降低工业生产污染，节约能源和提高工业产品质量，有着积极的意义和作用。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 自行设计和研制一种高性价比的等离子体刻蚀及清洗装置，应用于半导体和光电子器件的微纳加工领域。 基本思路： 我们采用微波激励方式产生等离子体，通过改造日用微波炉的炉室结构，制作等离子体反应腔体，并配置真空系统、水冷却系统和供气系统组装制作等离子体刻蚀装置，用于有机材料光电子器件的制备和硅片等半导体工业元件的表面清洗。 创新点：利用微波产生等离子体，通过改造日用微波炉制作等离子体腔体结构，具有多重气流调控功能，整套刻蚀装置的成本低，性价比高。 技术关键： 1）在高真空环境下，利用大面积微波耦合，产生高密度等离子体； 2）等离子体的气流调节与约束控制; 3)等离子体粒子轰击强度与方向的高频偏压控制技术。 主要技术指标： 刻蚀样品的最大直径5英寸，刻蚀精度为微米量级，均匀度和垂直度好，满足有机材料光电子器件的微加工要求，也可用于硅片等半导体工业元件的快速剥离化清洗。
科学性、先进性
- 当前，市场上流行的等离子体刻蚀机主要有三种，即电容耦合式、感应耦合式和电子回旋共振式。其中电容耦合式存在电极污染、工作压强范围小和等离子体密度低，而感应耦合式和电子回旋共振式两种等离子体刻蚀机，虽然克服了上述问题，但设备结构复杂，价格昂贵。 利用微波产生等离子体具有很多优点，如无电极污染、工作压强范围大、等离子体密度高、活性强。但是，现行的微波等离子体装置，主要用于化学气相沉积法制备半导体薄膜，而用于光电子器件的刻蚀加工的，因为性价比不高，并不多见。 我们采用微波激励方式产生等离子体，通过对市场上廉价的日用微波炉的改造，制作等离子体反应腔体，降低了产品的生产成本，设计新颖，结构简单，在国内尚属首次。将改造的微波腔体配置真空系统、水冷却系统和供气系统，组装制作小型等离子体刻蚀装置，主要用于有机材料光电子器件的微加工制备，也可用于硅片等半导体工业元件的快速剥离式清洗。因此，对于微波等离子体技术的发展和应用，具有积极的意义和作用。
获奖情况及鉴定结果
- 2008年，课题被评为浙江省“新苗人材计划”资助项目。
作品所处阶段
- 已经完成产品的研制
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- ■实物、产品 ■图纸 ■现场演示 ■图片 ■录像 ■样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 在本作品使用过程中,首先对反应腔体内的气体抽真空,达到标定低气压后通入反应气体，开启微波源产生等离子体。等离子体粒子在高频偏压的作用下加速，对样品刻蚀加工。在工作过程中，需要控制反应腔体内的真空度，调节反应气体流量、微波源功率和高频偏压，同时保持样品台的冷却。 该作品的技术特点为：通过改造微波炉制作等离子体反应腔体，微波耦合效率高，结构简单，成本低廉；该装置的微波系统、真空系统、水冷却系统和供气系统等，可分拆组合，设计新颖；整套设备，体积小，操作方便。 该装置利用微波激励产生等离子体，在等离子体产生机理上，与目前市场上的等离子体刻蚀机不同，具有独特的优点。该作品通过微波炉改造，制作等离子体反应腔体，结构简单，构思巧妙，成本低，容易推广。该作品主要应用于光电子器件的微加工刻蚀制备，也可用于硅片等半导体工业元件的快速清洗和其他工业清洗行业，与传统湿法清洗工艺相比，环保节能，无二次污染。因此，该作品有良好的市场前景，对于等离子体刻蚀和清洗技术的应用具有重要意义。
同类课题研究水平概述
- 目前，市场上流行的等离子体刻蚀机主要是电容耦合式（CCP）、感应耦合式（ICP）和电子回旋共振式（ECR）等离子体刻蚀机。电容耦合式等离子体刻蚀机能产生大口径的等离子体，成本较低，但是存在电极污染，并且工作压强高，等离子体密度较低，不适合高密度等离子体刻蚀；此外，等离子体同时受到高频放电电源和高频偏压电源的作用，对等离子体的密度和粒子的轰击能量很难分别调节和控制。感应耦合式等离子体刻蚀机能产生高密度等离子体，可以分别调节和控制等离子体的密度和粒子的轰击能量，且工作压强范围宽，因此市场应用比较广泛。但是，感应耦合式等离子体刻蚀机也有不足，如为了屏蔽电感线圈产生的电磁污染，外加屏蔽罩的体积较大，控制刻蚀过程的监测装置结构复杂，设备昂贵。电子回旋共振式等离子体刻蚀机，在低压强下产生高密度等离子体，耦合效率高，刻蚀精度高。但是，需要外加强电磁装置，体积庞大，而且磁场分布的调控复杂，技术要求高，性价比低。 利用微波产生等离子体具有很多优点，如无电极污染、工作压强范围大、等离子体密度高、活性强、安全可靠。但是，现行的微波等离子体装置，主要用于化学气相沉积法制备无机材料薄膜，如等离子体增强型化学气相沉积（PECVD）用于晶硅太阳能电池减反膜的制备等，而用于光电子器件的刻蚀加工的并不多见。 我们采用微波激励方式产生等离子体，通过微波炉的改造，制作小型等离子体刻蚀装置，主要用于有机材料光电子器件的微加工制备以及工业清洗，设计新颖，结构简单，生产成本低。在微波等离子体的产生机理和刻蚀装置的设计上，有重要的技术创新。 同类产品技术性能和价格的对比见附表。
