等离子刻蚀介绍
等离子刻蚀工艺-培训教程
等离子刻蚀工艺-培训教程等离子刻蚀工艺是一种用于光刻工艺的常见技术。
在集成电路制造过程中，等离子刻蚀被广泛应用于半导体器件的精确细节刻蚀，以及薄膜材料的去除和表面处理。
本文将为您介绍等离子刻蚀工艺的基本原理、设备和操作步骤。
等离子刻蚀工艺基本原理：等离子刻蚀是利用稀有气体放电产生的等离子体来刻蚀材料的一种技术。
该过程通过在放电区域内施加强电场和磁场，使气体分子电离产生电子和离子。
在电离的过程中，离子会获得足够的能量以克服材料的结合能，从而实现刻蚀材料的目的。
等离子刻蚀设备：等离子刻蚀设备主要由真空室、气体供应系统、高频功率源、加热装置、控制系统等组成。
真空室用于创建真空环境，并通过降低气压来避免气体碰撞。
气体供应系统用于提供刻蚀所需的气体混合物。
高频功率源产生高频电场，使气体电离。
加热装置用于加热待刻蚀的样品，以改善刻蚀效果。
控制系统负责设定和监测刻蚀过程的参数，如气体流量、功率、压力等。
1.准备工作：将待刻蚀的样品清洗干净，并确保真空室内部没有杂质和积尘。
2.真空抽气：将真空室的气压降低，以便创建理想的真空环境。
3.气体供应：根据刻蚀需要选择合适的气体混合物，并将其引入真空室。
4.加热样品：将待刻蚀的样品放置在加热装置上，并根据刻蚀需求设定合适的温度。
5.施加高频功率：开启高频功率源，并将其输出连接到真空室中的电极。
高频电场将气体电离，产生等离子体。
6.控制刻蚀参数：根据刻蚀需求，调节气体流量、功率以及压力等参数，以实现所需的刻蚀效果。
7.刻蚀过程：打开真空室的闸门，使等离子体进入刻蚀区域，并开始刻蚀样品表面。
在刻蚀过程中，可以根据需要监测刻蚀深度和速率。
8.刻蚀结束：根据刻蚀要求，适时关闭高频功率源，终止刻蚀过程。
然后恢复大气压力，打开真空室，取出刻蚀完毕的样品。
总结：等离子刻蚀工艺是一种重要的微纳加工技术，广泛应用于集成电路制造和其他微纳加工领域。
通过了解等离子刻蚀的基本原理和操作步骤，可以更好地掌握该技术，提高刻蚀效果和工艺稳定性。
0 等离子刻蚀工艺原理介绍
Feed Gases
BCl3/Cl2 HBr/Cl2
Comments
Cl etches Si, B improves passivation HBr provides passiviation and selectivity to PR, Cl2 providdes main etchants O2 improves selectivity to SiO2 Higher etch rate, good oxide selectivity, isotropic High etch rate, but isotropic Good profile control for deep trench
--- Process Time
工艺控制和结果
工艺可控变量 Plasma 参数 结果
Temperature Gas Flows
Gas density Residence time
Etch Rate Uniformity Selectivity
Pressure
Power Time (Magnetic Field) BSC He (Gap)
Bias 功率的作用: 离子能量
功率 --> 控制离子浓度/能量。提高 Bias 功率，提高腐蚀速率。
Bias 低离子能量
--> 低的碰撞速度。
离子能量影响方向性
--> 高离子能量意 味着离子更少偏离原来运动方向。
问答
Q&A
HBr/Cl2/O2 SF6 NF3 HBr/NF3/O2
Metal Etch平衡图
物理
离子轰击
BCl3+
化学腐蚀
Cl*
化学淀积
等离子体刻蚀工作原理
等离子体刻蚀工作原理等离子体刻蚀是一种常见的微纳加工技术，广泛应用于集成电路制造、纳米材料制备等领域。
本文将介绍等离子体刻蚀的工作原理，帮助读者更好地了解这一技术。
一、简介等离子体刻蚀是通过将气体激发成等离子体状态，利用高能离子或自由基的化学反应以及物理轰击来去除材料表面的一种技术。
它具有高精度、高速率和高选择性等特点，是制备微结构和纳米结构的重要手段。
二、等离子体刻蚀过程等离子体刻蚀过程主要分为物理刻蚀和化学刻蚀两个阶段。
1. 物理刻蚀：当气体被加热并加高电压或电磁场时，气体中的原子和分子受到激发，形成等离子体。
等离子体中的离子和自由基具有高能量，它们会以高速运动并撞击目标表面。
这种物理轰击会破坏表面原子的结构，使材料从表面脱落。
2. 化学刻蚀：等离子体中的气体离子和自由基还能与目标表面发生化学反应。
例如，在氟化氢等离子体刻蚀工艺中，氟离子会与目标材料表面的金属或氧化物发生反应，形成易溶于气体的化合物。
这种化学反应能够加速材料去除的速度。
三、刻蚀选择性控制在等离子体刻蚀中，选择性控制是非常重要的。
选择性控制指的是在多层结构中只刻蚀特定层或材料，而不会对其他层或材料产生明显影响。
以下几种机制可以实现选择性控制：1. 材料本身的选择性：不同材料在等离子体刻蚀过程中会有不同的反应速率，这是由材料的化学性质和结构特征决定的。
利用材料本身的选择性，我们可以控制特定材料的刻蚀速率，实现选择性刻蚀。
2. 掩膜层：在需要保护的区域上覆盖一层掩膜，掩膜层可以阻挡离子和自由基的轰击，从而实现对底层材料的保护。
掩膜层通常采用高耐腐蚀性和高厚度的材料。
3. 循环刻蚀：在刻蚀过程中，通过循环切换刻蚀和保护气体，可以控制刻蚀速率和选择性。
例如，在两个不同材料的刻蚀中交替使用两种不同刻蚀气体，可以实现对这两种材料的选择性刻蚀。
四、应用领域和发展趋势等离子体刻蚀技术在集成电路制造中起着至关重要的作用。
它被用于去除、修复、改变芯片表面的材料，以实现电子器件的制备和功能优化。
等离子刻蚀原理
等离子刻蚀原理
等离子刻蚀是一种常用的微纳加工技术，用于在半导体制造中去除杂质、形成纳米结构以及精确地刻蚀表面。
其原理基于等离子体（即带正电荷的高能离子和自由电子）与被刻蚀材料表面发生相互作用。
在等离子刻蚀过程中，首先需要产生等离子体。
这通常是通过将高纯度的气体（如氯气、氟气、苦味气等）引入到封闭的真空室中，并在高能电场和电弧场下对气体进行激发。
这种激发将气体分解成离子和电子，并形成带电的等离子体。
然后，这些带电的等离子体会被加速，并通过电场和磁场的调控，使其定向地撞击到待刻蚀材料表面。
撞击过程中，离子会传递给待刻蚀材料表面一部分能量，并激发该材料表面原子或分子的束缚电子。
这些激发的表面原子或分子可能会离开其原子或分子固定位置，形成反应产物，然后通过扩散和抛射的方式迁移到其他位置。
与此同时，撞击后的原子或分子释放出来的电子也会在等离子体中传递，并参与到一系列的电子和离子反应中。
这些反应将控制刻蚀速度、形状、深度和表面粗糙度等参数。
此外，通过调节激发条件、等离子体密度、控制气体的种类和流量等因素，可以对刻蚀过程进行精确控制，实现不同的刻蚀效果和图形。
总的来说，等离子刻蚀原理是利用带电的等离子体与待刻蚀材料表面相互作用，通过离子和电子的传递和相互反应，实现对
材料表面的精确刻蚀。
这种技术在半导体制造、光学器件制造和微纳加工领域具有广泛的应用。
等离子刻蚀有机
等离子刻蚀有机
等离子刻蚀（plasma etching）是一种常用的微纳加工技术，
用于在固态材料表面进行精确的微米至纳米尺度的刻蚀。
它利用一种高能量的等离子体（由离子、电子和中性分子组成）来溶解或蚀削材料表面，从而实现微纳结构的制备。
在有机材料刻蚀中，常用的等离子刻蚀方法包括射频辅助等离子体刻蚀（RF plasma etching）和微波辅助等离子体刻蚀（microwave plasma etching）。
等离子刻蚀有机材料的目的通
常是制备出特殊形状的微结构，或者改变材料表面的化学特性。
等离子刻蚀有机材料的步骤如下：
1. 将待刻蚀的有机材料置于真空环境中，通常在封闭式的刻蚀室中进行。
2. 在刻蚀室中加入刻蚀气体，常用的刻蚀气体有氧气（O2）、氮气（N2）等。
3. 引入高能量的等离子体，可以通过提供射频（RF）功率或
微波功率来激发等离子体。
激发后的等离子体会与刻蚀气体中的分子发生碰撞，产生高能离子和自由基。
4. 高能离子和自由基与待刻蚀的有机材料表面发生碰撞，并引起化学或物理反应。
这些反应可能导致有机材料的溶解、氧化或氟化等。
5. 根据反应的条件和材料性质，控制刻蚀过程的速率和形貌。
需要注意的是，等离子刻蚀有机材料可能会引起表面的化学改变，甚至损坏材料的结构，因此在选择刻蚀条件和参数时需要进行严密的控制。
此外，由于有机材料通常具有较高的可燃性，
因此刻蚀过程需要特殊的安全防护措施，以防止火灾等事故的发生。
等离子体刻蚀反应离子刻蚀
等离子体刻蚀反应离子刻蚀
等离子体刻蚀和反应离子刻蚀是现代微纳加工中广泛应用的两种微细加工技术。
它们可以通过高能粒子的轰击，在材料表面上形成微米级别的凹凸结构，以实现微米级甚至纳米级别的加工精度。
等离子体刻蚀是利用等离子体对材料表面进行加工的一种技术。
等离子体是指气体在高功率电场作用下电离后形成的带正负电荷的气体体系，其中包括电子、离子、自由基等。
在等离子体刻蚀中，首先需要将加工目标材料置于真空室中，然后通过高频电场或者直流电场加热气体，使其电离并形成等离子体。
等离子体与材料表面相互作用，通过离子轰击、化学反应等方式，逐渐将材料表面的原子或分子剥离，从而实现微米级别的加工。
反应离子刻蚀则是利用化学反应对材料表面进行加工的一种技术。
在反应离子刻蚀中，首先需要将加工目标材料置于真空室中，然后将反应气体（如氟化氢、氧化氢、氧气等）引入真空室中，并通过高频电场或者直流电场加热气体，使其电离并形成等离子体。
等离子体与反应气体发生化学反应，产生出一些可与加工目标材料反应的化合物，在离子轰击的同时，这些化合物也能够对材料表面进行化学反应，从而逐渐将材料表面的原子或分子剥离，实现微米级别的加工。
等离子体刻蚀和反应离子刻蚀在微纳加工中具有很大的应用前景。
它们可以实现高精度、高效率的微米级别加工，同时也是制备微纳
器件的重要工艺之一。
比如，在集成电路、光学器件、生物芯片等领域，等离子体刻蚀和反应离子刻蚀被广泛应用，为微纳加工提供了可靠的技术支持。
等离子体刻蚀和反应离子刻蚀是现代微纳加工中不可或缺的两种技术。
它们通过高能粒子的轰击和化学反应，实现了微米级别的加工精度，为微纳器件制备提供了有效的技术支持。
等离子体蚀刻技术
等离子体蚀刻技术等离子体蚀刻技术是一种常用的微纳加工技术，广泛应用于半导体、光电子、微电子等领域。
本文将从等离子体蚀刻技术的基本原理、设备和工艺参数的选择以及应用领域等方面进行介绍。
一、等离子体蚀刻技术的基本原理等离子体蚀刻技术是利用高能粒子或分子束对材料表面进行刻蚀的一种方法。
其基本原理是通过在低压气体环境中产生等离子体，利用等离子体中的离子轰击材料表面，使其发生化学反应或物理过程，从而实现对材料表面的刻蚀。
等离子体蚀刻技术具有高精度、高选择性和高均匀性等优点，能够实现微纳米级的加工。
二、等离子体蚀刻设备等离子体蚀刻设备主要由气体供给系统、真空系统、射频功率源、电极系统以及控制系统等组成。
其中，气体供给系统用于提供刻蚀气体，真空系统用于提供蚀刻环境，射频功率源用于产生等离子体，电极系统用于加速和聚焦离子束，控制系统用于控制蚀刻过程的参数。
三、等离子体蚀刻工艺参数的选择等离子体蚀刻工艺参数的选择对于实现理想的加工效果至关重要。
其中，气体种类和流量、工作压力、射频功率和电极系统的设计等是需要考虑的关键因素。
不同材料的刻蚀速率和选择性不同，需要根据具体材料的特性和加工要求进行合理选择。
四、等离子体蚀刻的应用领域等离子体蚀刻技术在半导体、光电子、微电子等领域具有广泛的应用。
在半导体行业中，等离子体蚀刻技术常用于制备集成电路和光刻掩膜等工艺步骤。
在光电子领域，等离子体蚀刻技术可以用于制备光波导器件和微结构等。
在微电子领域，等离子体蚀刻技术可以用于制备微机械系统（MEMS）和纳米加工等。
等离子体蚀刻技术是一种重要的微纳加工技术，具有广泛的应用前景。
通过合理选择蚀刻工艺参数和设备设计，可以实现高精度、高选择性和高均匀性的加工效果。
随着科技的不断进步，相信等离子体蚀刻技术将在微纳加工领域发挥更加重要的作用。
等离子刻蚀 (2)
等离子刻蚀简介等离子刻蚀（Plasma Etching）是一种用于微纳加工的关键技术，通过利用等离子体（Plasma）对材料表面进行化学反应和物理撞击，从而实现对材料的刻蚀。
等离子刻蚀在半导体工业、光学器件制造、纳米材料研究等领域有着广泛的应用。
原理等离子刻蚀的原理是利用产生的等离子体对材料表面进行刻蚀。
等离子体是一个高度电离的气体，由气体分子或原子通过加热、放电等方式激发而产生的自由电子和离子组成。
在等离子体刻蚀过程中，首先需要选择适当的气体作为反应气体，并建立一个等离子体产生的环境。
常用的气体有氧气、氟气、氯气等。
等离子体刻蚀可分为湿法和干法两种方式，湿法刻蚀采用气氛中的气体与被刻蚀物表面发生反应，而干法刻蚀主要是利用等离子体的物理反应。
在刻蚀过程中，等离子体中的电子和离子对材料表面的原子或分子进行撞击，引起表面的化学反应或物理撞击。
通过调节等离子体中的电子和离子的能量、流密度以及刻蚀气体的成分和流量等参数，可以控制刻蚀速率和刻蚀深度，从而实现对材料的精确刻蚀。
应用等离子刻蚀在微纳加工领域有着广泛的应用。
以下是几个主要的应用领域：半导体工业在集成电路制造过程中，等离子刻蚀被广泛应用于晶圆制备、形成金属电极和导线、形成绝缘层和光刻胶的去除等。
利用等离子刻蚀技术可以实现高精度、高可控性的微细结构加工，从而提高芯片的性能和可靠性。
光学器件制造在光学器件制造过程中，等离子刻蚀被用于制备光学元件的表面形态和表面粗糙度，以及形成光波导结构。
利用等离子刻蚀技术可以实现对光学器件的微纳结构加工，从而提高光学元件的性能。
纳米材料研究在纳米材料研究中，等离子刻蚀被用于制备纳米结构、纳米模板和纳米线阵列等。
利用等离子刻蚀技术可以实现对材料的纳米尺度加工，从而研究纳米领域的新奇物性和应用。
生物医学器件制造在生物医学器件制造过程中，等离子刻蚀被广泛应用于制备微流控芯片、生物芯片和生物传感器等。
利用等离子刻蚀技术可以实现对生物医学器件的微纳结构加工，从而提高生物传感器的灵敏度和稳定性。
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控制柜组成(三)
显示和控制部分包括了台达 显示器，压力显示仪表和各 类按纽。 第一排分别为电机关、电机 开、预抽、主抽和充气按纽 第二排分别为电源、手动自 动切换和自动运行按纽。
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6
刻蚀工艺流程
预抽
主抽
送气
充气
清洗
辉光
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7
预抽
• 在自动运行状态下，第一步 是预抽，预抽阀打开，真空 腔内的空气被抽出
预抽阀
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8
主抽(一)
• 第二步是主抽，主抽阀打开 ，同时碟阀打开，真空腔压 力迅速下降，一般会小于１ ０Ｐa
主抽阀 碟阀
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主抽(二)
• 在主抽时,压力变送器用来检 测腔内压力,当压力变小时, 蝶阀从全开慢慢变小最后全 关,压力显示仪表显示压力的 变化
压力变送器
压力显示仪表
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送气
• 在送气时,工艺气体O2和 CF4进入真空腔,分别使用氧 气和四氟化碳MFC对气体流 量进行精确控制. • 送气时真空腔内压力约 100Pa左右,蝶阀开度30左右 ,越高表示泵比较脏需要清洁
等离子刻蚀介绍
生产设备部 2009年7月
1
刻蚀机结构
• 刻蚀机由控制柜和真空腔两 部分组成.
控制柜
真空腔
2
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刻蚀工艺目的：防止PN结短路
• 由于在扩散过程中，硅片的所有表面（包括边缘）都 将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生 电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而 造成短路
３、泵卡死
清洗真空泵
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Байду номын сангаас
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13
充气
• 充气时,蝶阀关闭,通N2
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PLC
• 等离子刻蚀的工艺流程是通 过台达的PLC来控制的
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外围动力要求
• 电源: 三相交流电380(1+/-10%)V 50(1+/-1%) • CDA 压力: ０.３ＭＰa-０.５M Pa ０.１ＭＰa-0.2M Pa
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辉光
辉光时,辉光功率为600W, 反射功率<25W,反射功率越 小越好 可以通过调谐I、调谐II来调 整使功率达到要求。 其次，我们可以通过观察窗 来观察辉光亮度，白色比较 理想
•
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清洗
• 清洗时,停止工艺气体,只通 N2,流量可以通过浮子流量 计调节
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常见故障（３）
不能起辉 原因及排除方法： １、真空压力不对 ２、ＲＦ进线断 调整真空压力 更换ＲＦ进线
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常见故障（４）
真空泵不能工作（主要是油泵） 原因及排除方法： １、电源进线缺相 ２、泵过脏 检查电源进线 更换泵油
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3
控制柜组成(一)
• 控制柜由匹配器,射频电源及 显示和控制三部分组成,如下 图
调谐I
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调谐II
4
控制柜组成(二)
• 射频电源部分包括了板流仪 表、板压仪表、功率调节旋 钮、预热和高压按钮等
板压
板流
功率调节旋钮
Chint Solar Confidential 18
常见故障（１）
真空度低 原因及排除方法： １、上盖未盖好 ２、上盖密封圈损坏 重新盖好上盖 更换密封圈
３、抽气及进气管漏气
４、泵油脏
检查连接部分
更换泵油（油泵）
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常见故障（２）
阀门不动作 原因及排除方法： １、保险坏 ２、阀门损坏 更换保险 更换阀门
工艺气体压力
• 有良好的接地点，接地电阻小于４欧姆
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油泵
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干泵
• 现在我们7到9号刻蚀机采用 Edwards IH600干式真空泵 ,利用一台真空泵拖动3台刻 蚀机 • 注意事项:由于一台真空泵拖 动3台刻蚀机,要求三台刻蚀 机保持同时工作,为此我们特 别加装了集中控制盒. • 在片源不足的情况下,可以开 两台或一台刻蚀机,但是工艺 过程中,未使用的刻蚀机不可 以开始工艺,等工艺完成后才 可以