等離子體刻蝕工藝及設備

辭海

　　等離子體刻蝕工藝及設備在半導體制造領域具有重要地位，以下是對該工藝及設備的詳細介紹：
　　一、等離子體刻蝕工藝
　　1. 定義與原理
　　等離子體刻蝕（Plasma Etching）是將曝光顯影在光刻膠上的圖形轉移到目標材料上，最終形成所需設計圖案的過程。這一工藝通過外加電磁場激發腔室內特定氣體生成含高能粒子的等離子體，等離子體中的高能粒子通過物理濺射或化學反應生成揮發性產物的方式去除材料表面的物質。等離子體刻蝕通常是基于高能離子物理性刻蝕和基于自由基化學反應性刻蝕的綜合。
　　2. 工藝特點
　　相比于濕法刻蝕，等離子體刻蝕具有更好的選擇性和方向性。
　　隨著集成電路器件尺寸微縮與集成密度的提高，等離子體刻蝕工藝變得越來越重要。
　　等離子體刻蝕與光刻工藝共同形成了半導體領域的圖形化工藝模塊，推動集成電路領域的工藝發展。
　　3. 衡量參數
　　衡量等離子體刻蝕性能的參數一般包括刻蝕速率、刻蝕選擇比、刻蝕形貌以及特征尺度及設備尺度的刻蝕均勻性。
　　二、等離子體刻蝕設備
　　1. 設備組成
　　等離子刻蝕機，又叫等離子蝕刻機、等離子平面刻蝕機等，是進行干式蝕刻工藝的主要設備。它通常包括反應室、電源、真空部分等關鍵組件。工件被送入被真空泵抽空的反應室，氣體被導入并與等離子體進行交換，等離子體在工件表面發生反應，反應的揮發性副產物被真空泵抽走。
　　2. 設備類型
　　感應耦合等離子體刻蝕法（ICPE）是化學過程和物理過程共同作用的結果，其基本原理是在真空低氣壓下，ICP射頻電源產生的射頻輸出到環形耦合線圈，以一定比例的混合刻蝕氣體經耦合輝光放電，產生高密度的等離子體，對基片表面進行轟擊，實現刻蝕。
　　其他類型的等離子刻蝕機還包括RIE反應離子刻蝕機、SCE等離子刻蝕機等，它們各自具有不同的特點和優勢。
　　3. 設備結構
　　ICP設備主要包括預真空室、刻蝕腔、供氣系統和真空系統四部分。預真空室確保刻蝕腔內維持在設定的真空度；刻蝕腔體是ICP刻蝕設備的核心結構，對刻蝕速率、刻蝕的垂直度以及粗糙度都有直接的影響；供氣系統向刻蝕腔體輸送各種刻蝕氣體；真空系統則用于排空反應生成的氣體。
　　4. 影響因素
　　等離子刻蝕工藝中的過程變量如刻蝕率、氣壓、溫度、等離子阻抗等不易測量，因此業界常采用虛擬測量、光譜測量、等離子阻抗監控、終端探測等方法進行控制和監測。
　　三、總結
　　等離子體刻蝕工藝及設備在半導體制造中發揮著至關重要的作用。隨著技術的不斷進步和工藝要求的提高，等離子體刻蝕工藝將不斷得到優化和完善，以滿足更高精度、更高效率、更高可靠性的制造需求。同時，等離子刻蝕設備也將不斷向智能化、自動化方向發展，提高生產效率和產品質量。

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等離子體刻蝕工藝利用高能等離子體去除材料表層，以實現微細結構的刻蝕。該過程通常包括以下步驟：在真空腔體內引入氣體，利用高頻電場或射頻電源激發氣體產生等離子體；等離子體中的離子和自由基與材料反應，去除不需要的部分。主要設備包括等離子體刻蝕機（如反應離子刻蝕機（RIE）、深度反應離子刻蝕機（DRIE）），配備氣體流量控制器、真空系統、加熱/冷卻系統和等離子體源。

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