ICP（感應耦合）等離子刻蝕機的基本原理及結構示意圖

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-10-18

隨著半導體工藝技術的發(fā)展，濕法刻蝕由于其固有的局限性，已不能滿足超大規(guī)模集成電路微米、甚至納米級細線條的工藝加工要求，干法刻蝕逐漸發(fā)展起來。在干法刻蝕中，感應耦合等離子體（Inductively Coupled Plasma簡稱ICP）刻蝕法由于其產(chǎn)生的離子密度高、蝕刻均勻性好、蝕刻側壁垂直度高以及光潔度好，逐漸被廣泛應用到半導體工藝技術中。

1 ICP等離子刻蝕機的基本原理及結構

1.1 基本原理

感應耦合等離子體刻蝕法（InductivelyCou-pledPlasmaEtch,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(chǎn)生的射頻輸出到環(huán)形耦合線圈，以一定比例的混合刻蝕氣體經(jīng)耦合輝光放電，產(chǎn)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(qū)域的半導體材料的化學鍵被打斷，與刻蝕氣體生成揮發(fā)性物質(zhì)，以氣體形式脫離基片，從真空管路被抽走。

1.2 ICP等離子刻蝕機的結構

ICP等離子刻蝕機其設備主要結構包括預真空室、刻蝕腔、供氣系統(tǒng)和真空系統(tǒng)四部分，如圖1所示。

圖一 ICP 等離子刻蝕機設備結構示意圖

1.2.1預真空室

預真空室的作用是確保刻蝕腔內(nèi)維持在設定的真空度，不受外界環(huán)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。

1.2.2刻蝕腔體

刻蝕腔體是ICP等離子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(tǒng)、控溫系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

圖二 ICP等離子刻蝕機腔體

(1) 上電極。上電極下表面布滿均勻小孔，它的功能是將刻蝕氣體均勻輸送到ICP的腔體的圓截面，以便等離子體的制備。

(2) ICP射頻單元。ICP射頻單元主要由射頻發(fā)生器、匹配網(wǎng)絡、射頻電纜以及耦合線圈、隔離裝置組成。在ICP射頻單元作用下，刻蝕氣體經(jīng)輝光放電，耦合感生出大量的等離子體。

(3) RF射頻單元。RF射頻單元由RF射頻發(fā)生器、匹配網(wǎng)絡和射頻電纜組成。射頻電纜的另一端接到下電極底部。提供等離子體的偏轉電壓。

(4) 下電極系統(tǒng)。下電極系統(tǒng)主要包括下電極板、基座、石英壓盤、氦氣單元、下電極冷卻系統(tǒng)等結構。其主要作用是將RF射頻發(fā)生器提供的能量加到基片上。

(5) 控溫系統(tǒng)。為了保證刻蝕的均勻性和重復性，刻蝕腔的溫度一定要精準的控制。溫度的控制由高精度的溫控器來控制。

1.2.3供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)是向刻蝕腔體輸送各種刻蝕氣體，通過壓力控制器(PC)和質(zhì)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(tǒng)由氣源瓶、氣體輸送管道、控制系統(tǒng)、混合單元等組成。

(1) 氣源瓶。各種刻蝕氣體最初都單獨存放在氣源瓶內(nèi)，純度達到99.9%以上,經(jīng)由控制系統(tǒng)輸送到混合單元，再送到刻蝕腔內(nèi)，產(chǎn)生等離子體。

(2) 氣體輸送管道。氣體輸送管道包括兩部分。一是刻蝕氣體的從氣源瓶往刻蝕腔的輸送，另外一部分是刻蝕產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體的排空線。

(3) 氣體控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包括閥門、質(zhì)量流量控制器、壓力控制器等。

(4) 混合單元。混合單元將各刻蝕氣體在該單元進行混合，形成一定比例的均勻混合氣體，再進入ICP射頻單元，感應耦合形成等離子體。

1.2.4真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)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(tǒng)排空。

ICP刻蝕技術作為一種新興的高密度等離子體刻蝕技術,在對硅、二氧化硅材料、等材料的刻蝕方面獲得了很好的效果,已被廣泛應用到了各種器件的制作工藝中。