等離子刻蝕機-等離子蝕刻機

等離子刻蝕機,又叫等離子蝕刻機、等離子平面刻蝕機、等離子體刻蝕機、等離子表面處理儀、等離子清洗系統等。等離子刻蝕,是干法刻蝕中最常見的一種形式,其原理是暴露在電子區域的氣體形成等離子體,由此產生的電離氣體和釋放高能電子組成的氣體,從而形成了等離子或離子,電離氣體原子通過電場加速時,會釋放足夠的力量與表面驅逐力緊緊粘合材料或蝕刻表面。某種程度來講,等離子清洗實質上是等離子體刻蝕的一種較輕微的情況。進行干式蝕刻工藝的設備包括反應室、電源、真空部分。工件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。等離子體刻蝕工藝實際上便是一種反應性等離子工藝。近期的發展是在反應室的內部安裝成擱架形式,這種設計的是富有彈性的,用戶可以移去架子來配置合適的等離子體的蝕刻方法:反應性等離子體(RIE),順流等離子體(downstream),直接等離子體(direction plasma)。

等離子刻蝕原理

感應耦合等離子體刻蝕法(Inductively Coupled Plasma Etch,簡稱ICPE)是化學過程和物理過程共同作用的結果。它的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,在下電極的RF 射頻作用下,這些等離子體對基片表面進行轟擊,基片圖形區域的半導體材料的化學鍵被打斷,與刻蝕氣體生成揮發性物質,以氣體形式脫離基片,從真空管路被抽走。

等離子刻蝕機結構

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。

(1)預真空室

預真空室的作用是確??涛g腔內維持在設定的真空度,不受外界環境(如:粉塵、水汽)的影響,將危險性氣體與潔凈廠房隔離開來。它由蓋板、機械手、傳動機構、隔離門等組成。

(2)刻蝕腔體

刻蝕腔體是ICP 刻蝕設備的核心結構,它對刻蝕速率、刻蝕的垂直度以及粗糙度都有直接的影響??涛g腔的主要組成有:上電極、ICP 射頻單元、RF 射頻單元、下電極系統、控溫系統等組成。

(3)供氣系統

供氣系統是向刻蝕腔體輸送各種刻蝕氣體,通過壓力控制器(PC)和質量流量控制器(MFC)精準的控制氣體的流速和流量。氣體供應系統由氣源瓶、氣體輸送管道、控制系統、混合單元等組成。

(4)真空系統

等離子刻蝕機系統構造圖

?等離子刻蝕系統構造圖

真空系統有兩套,分別用于預真空室和刻蝕腔體。預真空室由機械泵單獨抽真空,只有在預真空室真空度達到設定值時,才能打開隔離門,進行傳送片??涛g腔體的真空由機械泵和分子泵共同提供,刻蝕腔體反應生成的氣體也由真空系統排空

用于等離子體刻蝕的ICP源通常為平面結構,該方式容易獲得可調的等離子體密度和等離子體均勻性分布,此外平面ICP源使用的介質窗也易于加工。石英和陶瓷是常用的介質窗材料。

此外感應耦合ICP源也存在容性耦合,介質窗作為線圈和等離子體之間的耦合層是作為一個電容器存在,在線圈的輸出端電壓達到2000V時,容性耦合將會形成。這個容性高壓可以點燃和維持等離子體放電,另一方面,局部高壓的形成也會導致介質窗的刻蝕,導致顆粒的產生或者造成晶圓的污染。為了減小容性耦合,通常采用法拉第屏蔽或者在線圈末端串聯接地電容的方式。

等離子刻蝕一般應用于對器件或材料進行結構化處理,等離子刻蝕機就是實現這種功能的儀器。此外,科研領域甚至工業領域也常利用等離子對材料表面進行清洗來改變材料表面性能,相對應的儀器叫做等離子清洗機。作為材料領域的搬運工,我們對等離子刻蝕機所了解的可能不多,而對等離子清洗機則較為熟悉。事實上,等離子刻蝕機和等離子清洗機工作原理沒有區別,只是應用的側重點不一樣而已。等離子刻蝕機一般應用于半導體加工領域,而等離子清洗機則一般應用于材料領域。等離子清洗處理可改變材料的表面化學。因此能改變材料的表面性質。例如,大氣或是氧氣等離子常用在聚合物(例如 聚苯乙烯, 聚乙烯)表面產生羥基。通常表面從疏水性(高水接觸角)改變至親水性(水接觸角小于30度),并增加表面潤濕性能。等離子處理也能改變其它材料的表面化學(表面性質),如硅、不銹鋼及玻璃。

用低溫等離子體在適宜的工藝條件下處理PE、PP、PVF2、LDPE等材料,材料的表面形態發生顯著的變化,引入了多種含氧基團,使表面由非極性、難粘性轉為有一定極性、易黏性和親水性,有利于粘結、涂覆和印刷。

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