本发明涉及等离子蚀刻的技术领域，尤其涉及具有一种非接触式物理蚀刻系统。

蚀刻为集成电路芯片与微机电产品的平面化工艺中的一道非常重要的加工步骤。众所周知，蚀刻技术又分为湿蚀刻与干蚀刻。请参阅图6，现有的湿蚀刻工艺示意图。如图6之中的(a)部分所示，欲将一基材11’上的一待蚀刻材料层12’蚀刻成为具有一特定图案的定义层，必须将光阻剂涂布于该待蚀刻材料层12’之上以形成一光阻层13’。如图6的中的(b)部分所示，该光阻层13’形成之后，继续地进行对该光阻层13’的曝光显影工艺(lithography process)；如此，便可藉由光阻层13’遮盖保护该待蚀刻材料层12’不需要进行蚀刻的部分。最后，如图6之中的(c)部分所示，只要使用蚀刻剂对该待蚀刻材料层
12’进行湿式蚀刻，便能够将待蚀刻材料层12’蚀刻成为具有特定图案的定义层。
就湿蚀刻而言，主要是使用选定的特定蚀刻剂对待蚀刻材料进行蚀刻；因此，湿蚀刻的最大特色在于对于待蚀刻材料的高度选择性(high selectivity)。然而，如图6之中的(c)部分所示，由于湿蚀刻为一种等向性蚀刻(isotropic etching)，因此底切(undercut)现象成为了湿蚀刻技术的最大缺点，导致湿蚀刻技术无法被应用于高线宽要求(<0.35μm)的蚀刻工艺。
干蚀刻通常指的是等离子蚀刻。请参阅图7，现有的一种等离子蚀刻设备的示意架构图。现有的等离子蚀刻设备的构件通常包括：一反应腔体2’、一上电极板21’、一下电极板
22’、至少一气体输入管23’、以及一抽气管24’。如图7所示，欲进行反应式离子蚀刻，需将一特定的蚀刻气体通过该气体输入管23’输入该反应腔体2’内，然后利用等离子3’将所述蚀刻气体解离成为带电离子。接着，藉由施加电压于上电极板21’与下电极板22’之间便能够加速蚀刻气体离子冲击所述待蚀刻物(或称靶材)4’进行干式蚀刻；同时，蚀刻气体亦会与待蚀刻物4’表面产生化学反应。由此，可以发现现有的等离子蚀刻设备主要也是靠化学反应来达成高选择比的蚀刻工艺。
由上述的说明可以得知的是，现有的湿蚀刻工艺主要藉由化学溶液来完成等向性蚀刻，而现有的干蚀刻工艺则同时藉由化学蚀刻气体与等离子离子来完成非等向性蚀刻。所以，亦可以得知，由于现有的湿蚀刻工艺与干蚀刻工艺的应用中都必须使用到化学产品，因此，如何处理这些化学产品的废弃物变成为最主要问题。再者，由于现有的湿蚀刻工艺与干蚀刻工艺的应用中都必须使用到化学产品，因此无法被应用于蚀刻生物材料、医用基材(如血糖试片)、与/或有机材料。
虽然目前电子束蚀刻、聚焦离子束蚀刻、与准分子激光蚀刻的相关技术已臻成熟；然而，相对于现有的等离子蚀刻设备，电子束蚀刻设备、聚焦离子束蚀刻设备、与准分子激光蚀刻设备最主要的缺点在于无法被应用于大规模加工；另外，激光蚀刻设备的精密极限最高只到10微米左右；再者，电子束与离子束蚀刻设备又更具有真空设备昂贵的缺点。
因此，有鉴于现有的等离子蚀刻设备、电子束蚀刻设备、聚焦离子束蚀刻设备、与准分子激光蚀刻设备皆具有实际应用上的缺陷，因此本发明提供一种非接触式物理蚀刻系统。

本发明的主要目的，在于提供一种非接触式物理蚀刻系统，其由一工作腔体、一空心腔体、一工作气体供应装置、一等离子产生装置、一第一遮罩、以及一载台所构成。不同于现有的湿式蚀刻设备与干式蚀刻设备，此非接触式物理蚀刻系统不需要事先对靶材(待蚀刻物)执行任何光刻工艺(lithography process)，便能够执行通过至少一个遮罩对该靶材进行蚀刻作业。于进行蚀刻作业之时，藉由产生于所述遮罩表面的自发边界电场的作用，进而促使输入于空心腔体之中的等离子穿过该遮罩之上的至少一图形而轰击该载台上的靶材，进而以纯物理的方式蚀刻或切割该靶材。基于本发明的非接触式物理蚀刻系统是以纯物理的方式蚀刻靶材，所以此非接触式物理蚀刻系统是能够应用于生物材料、医用基材(如血糖试片)、与/或有机材料的蚀刻作业。
因此，为了达成本发明的主要目的，本发明提出一种非接触式物理蚀刻系统，包括：
一工作腔体，其内部设有一分隔件，且该分隔件将该工作腔体分隔为一第一腔室与一第二腔室；其中，该第一腔室作为一等离子供给腔室，且该第二腔室作为一等离子蚀刻腔室；
一空心腔体，设于该分隔件的上并同时贯穿该第一腔室与该第二腔室；
一工作气体供应装置，连接该工作腔体以供应一工作气体至该工作腔体，使得该工作气体于位于该第一腔室的该空心腔体之中形成一等离子；
一第一遮罩，设于该第二腔室的中并连接于该空心腔体，用以防止该等离子形成之后便直接地沿着该空心腔体内部而自该第一腔室往该第二腔室移动；同时，该第一遮罩更作为该等离子的一自发边界电场的一触发件；以及
一载台，可移动式地设于该第二腔室之中，并相对于该第一遮罩；
其中，该空心腔体之中的该等离子会为了维持其整体的电中性而在该第一遮罩的表面产生该自发边界电场；
其中，受到垂直于该第一遮罩表面的该自发边界电场的作用，该等离子内的多个等离子离子会穿过该第一遮罩之上的至少一第一图形而轰击该载台上的一靶材，进而蚀刻或切割该靶材。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

图1A本发明的一种非接触式物理蚀刻系统的第一架构图；
图1B本发明的非接触式物理蚀刻系统的第二架构图；
图2一等离子产生装置的架构图；
图3第一遮罩与第二遮罩的示意图；
图4本发明的非接触式物理蚀刻系统的应用图；
图5非接触式物理蚀刻系统的扩充型实施例的示意架构图；
图6现有的湿蚀刻工艺示意图；以及
图7现有的一种等离子蚀刻设备的示意架构图。
其中，附图标记
本发明
1 工作腔体
13 空心腔体
14 工作气体供应装置
15 等离子产生装置
10 分隔件
11 第一腔室
12 第二腔室
151 反应腔室
152 微波产生器
154 磁力器
153 波导管
23 载台
16 气压维持装置
21 第一遮罩
24 靶材
22 第二遮罩
52 第一孔洞
54 第二孔洞
33 磁力装置
M1 特定图案
32 移动装置
M3 蚀刻图案
31 偏压装置
17 辅助装置
34 冷却装置
Σ1 第一作业环境
Σ2 第二作业环境
N0 基础图案
N1 第一图案
24a 第一基础遮罩
24b 复制遮罩
N3 第三图案
21A 第一额外遮罩
22A 第二额外遮罩
24A 额外靶材
23A 额外载台
Σ2A 第二额外作业环境

为了能够更清楚地描述本发明所提出的一种非接触式物理蚀刻系统，以下将配合附图，详尽说明本发明的较佳实施例。
请参阅图1A，本发明的一种非接触式物理蚀刻系统的第一架构图。如图1A所示，本发明的非接触式物理蚀刻系统主要由一工作腔体1、一空心腔体13、与一工作气体供应装置
14所构成；其中，该工作腔体1内部设有一分隔件10，且该分隔件10将该工作腔体1分隔成作为一等离子供给腔室的一第一腔室11以及作为一等离子蚀刻腔室的一第二腔室12。
并且，该空心腔体13设于该分隔件10之上并同时贯穿该第一腔室11与该第二腔室12。特别地，该空心腔体13开设有一通入开口与一通出开口。
该工作气体供应装置14连接该工作腔体1以供应一工作气体，进而自该通入开口将该工作气体通入至该空心腔体13之中。如图1A所示，该通入开口的上设有一阳极板以接收一阳极电压V+，且该空心腔体13电性连接至一阴极电压V-。由上述说明可知，中空管体状的空心腔体13在此作为一空心阴极管。如此，当施予该阳极板的该阳极电压V+高于施予该空心阴极管的该阴极电压V-之时，该空心阴极管之中便会发生空心阴极放电，进而藉由空心阴极放电将该空心腔体13之内的工作气体转变成等离子。之后，等离子便可经由该空心腔体13的该通出开口而进入该第二腔室12(亦即，等离子蚀刻腔室)。
虽然图1A与上述说明揭示所述等离子藉由空心阴极放电而形成，但本发明并不限制等离子的形成(或产生)方式。请参阅图1B，本发明的非接触式物理蚀刻系统的第二架构图。如图1B所示，一等离子产生装置15可被连接至工作腔体1与工作气体供应装置14。
如此，该工作气体供应装置14可供应工作气体至该等离子产生装置15，使得该等离子产生装置15能够通过该工作腔体1供应一等离子至该空心腔体13之中。如图2所绘示的等离子产生装置15的架构图所示，等离子产生装置15包括连通于该第一腔室11的一反应腔室
151、一微波产生器152与一磁力器154，其中，该微波产生器152藉由一波导管153而连接至该反应腔室151，以产生并输入一微波至该反应腔室151之中。并且该磁力器154连接于该反应腔室151，用以于该反应腔室151内形成一磁场，且该磁场的方向平行于该微波的入射方向。如此设置，工作气体供应装置14输入至反应腔室151之中的工作气体会同时受到该微波与该磁场的作用而被等离子化为该等离子；同时，基于该微波与该磁场的频率匹配，一电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)会发生于该反应腔室151之中，进而大幅增加该等离子的浓度。
此外，如图1A与图2A所示，第一遮罩21与载台23彼此相对地设于该第二腔室12之中。其中，第一遮罩21连接遮盖该空心腔体13的该通出开口，用以作为该等离子的一自发边界电场的一触发件。于本发明中，操作连接于该第一腔室11与该第二腔室12的一气压维持装置16以抽除该第一腔室11与该第二腔室12内的气体，使得该第一腔室11与该第二腔室12的气压被分别维持在一第一气压与小于或等于该第一气压的一第二气压。本发明主要的技术应用在于，空心腔体13之中的等离子会为了维持整体的电中性而在第一遮罩21的表面产生所述自发边界电场；所以，受到垂直于该第一遮罩21表面的该自发边界电场的作用，该等离子内的多个等离子离子会穿过该第一遮罩21之上的至少一第一图形52而轰击该载台23上的一靶材24，进而蚀刻或切割该靶材24。
如图1A与图1B所示，为了减缓该些等离子离子的横向散射以增进蚀刻靶材24的精准度，至少一第二遮罩22设置于该第二腔室12之中，并位于该第一遮罩21与载有该靶材24的该载台23之间。请同时参阅图3所绘示的第一遮罩与第二遮罩的示意图，如图1A、图1B以及图3的(a)部分所示，穿过该至少一第一图形52的该多个等离子的离子便会进一步通过该第二遮罩22之上的至少一第二图形54；藉此，能够有效减少该等离子的离子的横向发散的状况下使得该些等离子的离子精准地轰击该靶材24。如图3的(a)部分所示，为了空心腔体13内的等离子能够于第一遮罩21的表面附近产生自发性电场，本发明于以金属材质包围第一图形52。
虽然上述说明教示第一遮罩21为非金属材质，并于第一遮罩21之中以金属材质包覆该第一图形52；然而，本发明并不限定这样的第一遮罩21的实施态样。在其它可能的应用中，第一遮罩21可为全金属材质，然后于第一遮罩21形成一非金属层；其中，该非金属层具有多个第三图形，且该第三图形对应该第一遮罩21的多第一图形52，并且，所述第三图形的面积必须大于第一图形52的面积进以包含第一图形52。
另外一种减少该等离子的离子的横向发散的方式为增设磁力装置。如图1A与图1B所示，一磁力装置33连接至该第二腔室12，用以形成一磁场于该第二腔室12之中，以藉由该磁场的作用减少该些等离子的横向发散。
如图3的(a)部分所示，前述第一遮罩21的第一图形的基本单位为一孔洞，并且，多个孔洞进一步地于第一遮罩21上排列成一特定图案M1。同样地，前述第二遮罩22的第二图形的基本单位也是一孔洞，且多个孔洞进一步地于第二遮罩22上排列成一特定图案。其中，该特定图案M1可例如是包含多个第一孔洞52(或第二孔洞)的一孔洞阵列，且每个孔洞具有相同的孔径大小。本发明的其中一个技术特征在于能够使用具有该孔洞阵列的第一遮罩21与第二遮罩22对载台23上的靶材24进行一移动式蚀刻工艺。
承上述的说明，该移动式蚀刻工艺由图3的(b)部分所呈现。当靶材24被执行等离子蚀刻之时，作业人员能够操作连接于该载台23的一移动装置32，以驱动载台23根据一载台移动路径51而完成位移动作；如此，便能够在靶材24的上蚀刻出对应于该载台移动路径
51的一蚀刻图形M3；更重要的是，蚀刻图形M3的宽度大小等同于该第一孔洞52(或该第二孔洞54)的孔径大小。也就是说，只要设定适当的第一孔洞52(或该第二孔洞54)的孔径大小以及载台移动路径51，那么便能够使用本发明的非接触式物理蚀刻统完成任何图形、任何线宽的蚀刻作业。
此外，前述该第一遮罩21的上的第一图形52也可以是由至少一第一线状孔洞或多个第一线状孔洞所构成；同样地，前述该第二遮罩22的上的第二图形54也可以是由至少一第二线状孔洞或多个第二线状孔洞所构成。其中，任两个相互交叉的第一线状孔洞能够构成点状的第一图形52，同样地，任两个相互交叉的第二线状孔洞能够构成点状的第二图形
54。如此，藉由所述的固定式工艺，该等离子的离子可通过所述点状的第一图形52(与第二图形54)而于该靶材24的上进行钻孔；另，藉由所述的移动式工艺，该等离子的离子可通过所述点状的第一图形52(与第二图形54)而于该靶材24的上进行钻孔。
更重要的是，通过于第一遮罩21与第二遮罩22之上分别设计第一特定图案与第二特定图案，接着使用分别设计的第一遮罩21与第二遮罩22对靶材24进行蚀刻工艺，则蚀刻等离子便会根据第一特定图案与第二特定图案所构成的一交集图案蚀刻靶材24。举例而言，当第一特定图案与第二特定图案为相同的图案时，则所述的交集图案即相同于第一特定图案与第二特定图案。反之，若第一特定图案与第二特定图案为相异的图案时，由第一特定图案与第二特定图案相对交叉所形成的多个缝便成为多个交集点；并且，经由第一特定图案与第二特定图案的相对交错，便能够构成更细小的缝。另一个例子是，若第一特定图案与第二特定图案皆为缝隙阵列，但缝隙的指向夹角接近90度时，交集图形就是孔洞阵列。
也就是说，通过第一特定图案与第二特定图案所构成的该交集图案，本发明的非接触式物理蚀刻系统能够于靶材24的上完成任何图形、任何线宽的蚀刻作业。
另外，如图1A与图1B所示，为了使得等离子的离子具备足够的蚀刻能量，本发明又将一偏压装置31连接于该第一遮罩21、该至少一第二遮罩22与该载台23，用以形成一电场于该第一遮罩21与该载台23之间或该第二遮罩22与该载台23之间，以藉由该电场的作用而加速该些等离子的离子。另外，当使用两个以上的第二遮罩22之时，亦可同时地将加速电场设置于该些第二遮罩22之间。于此，必须特别说明的是，当具备足够蚀刻能量的该多个等离子的离子所能达到的一蚀刻深度大于或等于该靶材24的厚度之时，靶材24便会被该多个等离子的离子依据特定图案而被切开或穿透。
再者，如图1A与图1B所示，为了能够在蚀刻作业的执行过程中即时监控系统的工作参数，本发明又连接一辅助装置17至该工作腔体1，以量测该工作腔体1的各种工作参数，例如一内部温度与一等离子参数。一但作业人员通过辅助装置17得知系统的工作温度过高时，作业人员便能够操作连接于该工作腔体1的一冷却装置34，以即时地冷却该空心腔体
13、该载台23与(或)该靶材24。此外，于实际应用本发明之时，可利用一对准装置确保第一遮罩21、第二遮罩22与载台23彼此间的相对位置符合蚀刻作业的要求。
于此，必须补充说明的是，图1A与图1B之中特别绘示出一第一作业环境Σ1与一第二作业环境Σ2。其中，第一作业环境Σ1指的是产生等离子的环境，也就是说，第一作业环境Σ1包含了第一腔室11、空心腔体13、工作气体供应装置14、与等离子产生装置15；这也暗示了第一腔室11、空心腔体13、工作气体供应装置14、与等离子产生装置15是能够被整合的。相对地，第二作业环境Σ2指的是等离子蚀刻作业的环境，也就是说，第二作业环境Σ2包含了第二腔室12、第一遮罩21、第二遮罩22、与载台23；这同样暗示了第二腔室12、第一遮罩21、第二遮罩22、与载台23是能够被整合的。
继续地参阅图4，本发明的非接触式物理蚀刻系统的应用图。其中，图4左下方已经标示出本发明的非接触式物理蚀刻系统的应用包含了移动式(蚀刻)工艺与固定式(蚀刻)工艺。如图4所示，第一遮罩21(或第二遮罩22)之上设计有一基础图案N0，且该基础图案N0包含一孔洞。如此，藉由移动式(蚀刻)工艺，能够使用第一遮罩21(与/或第二遮罩22)将该靶材24上蚀刻成为具有一第一图案N1的一第一基础遮罩24a，且该第一图案N1包括多个孔洞。进一步地，本发明更可使用该第一基础遮罩24a完成一固定式(蚀刻)工艺，以获得该第一基础遮罩24a的一复制遮罩24b，其中，复制遮罩24b所具有的第二图案N2完全相同于该第一图案N1。或者，本发明更可使用该第一基础遮罩24a完成一移动式(蚀刻)工艺，以于靶材24上蚀刻出一第三图案N3。简单而言，就移动式工艺而言，只要设定适当的孔洞的孔径大小以及载台移动路径51，那么便能够使用本发明的非接触式物理蚀刻系统完成任何图形、任何线宽的蚀刻作业；并且，就固定式工艺而言，作业人员可以使用非接触式物理蚀刻系统自行拷贝制作第一遮罩21与第二遮罩22，无需委外制作或者向外购买。
如此，上述说明已经详细揭露本发明的非接触式物理蚀刻系统的相关构件以及技术特征；经由上述，可以得知本发明具有以下的优点：
(1)本发明是以一工作腔体1、一空心腔体13、一工作气体供应装置14、一等离子产生装置15、一第一遮罩21、以及一载台23构成一非接触式物理蚀刻系统。不同于现有的湿式蚀刻设备与干式蚀刻设备，此非接触式物理蚀刻系统不需要事先对靶材(待蚀刻物)执行任何光刻工艺(lithography process)，便能够执行通过第一遮罩21对该靶材进行蚀刻作业。
(2)此外，于本发明的非接触式物理蚀刻系统之中，藉由产生于第一遮罩21表面的自发边界电场的作用，进而促使输入于空心腔体13之中的等离子穿过该第一遮罩21的上的至少一第一孔洞52而轰击该载台23上的靶材24，进而以纯物理的方式蚀刻或切割该靶材
24。基于本发明的非接触式物理蚀刻系统是以纯物理的方式蚀刻靶材24，所以此非接触式物理蚀刻系统能够应用于生物材料、医用基材(如血糖试片)、与/或有机材料的蚀刻作业。
(3)再者，相对于现有的等离子蚀刻设备，电子束蚀刻设备、聚焦离子束蚀刻设备、与准分子激光蚀刻设备最主要的缺点在于无法被应用于大规模加工，本发明的非接触式物理蚀刻系统不仅构造非常简单，而且只要搭配合适的第一遮罩21与第二遮罩22，便能够对靶材
24进行大规模加工。
在此再行补充说明本发明的非接触式物理蚀刻统的一扩充型实施例。请参阅图5，该非接触式物理蚀刻系统的扩充型实施例的示意架构图，图5仅绘示出该非接触式物理蚀刻系统的工作腔体1部分。于工作腔体1内，该空心腔体13开设有二通出开口，且第一遮罩21与一第一额外遮罩21A分别连接遮盖该二通出开口。相对于第一遮罩21，载有靶材24的载台23设于工作腔体1内，且第二遮罩22设于载台23与第一遮罩21之间。另，相对于第一额外遮罩21A，载有额外靶材24A的额外载台23A设于工作腔体1内，且第二额外遮罩22A设于额外载台23A与第一额外遮罩21A之间。本发明可由图5得知，虽然图1A与图1B所示的示范性实施例仅余工作腔体1内规画单一个第二作业环境Σ2(即，等离子蚀刻作业的环境)，但是在实务应用中也是可以于工作腔体1内规画多个，即，图5所示的第二作业环境Σ2与第二额外作业环境Σ2A。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。