一文介绍干法刻蚀常用设备的原理及结构

在微纳米加工领域，干法刻蚀是一种常见且重要的工艺方法，用于制造微电子器件、MEMS器件和光学元件等。干法刻蚀通过将化学气体置于高频射频场中，产生离子并使其碰撞目标表面，从而实现对材料的刻蚀。本文将深入介绍干法刻蚀常用设备的原理及结构。

1. 干法刻蚀的基本原理

定义： 干法刻蚀是利用离子轰击或化学反应来去除目标表面材料，以实现精确的微纳米结构加工的过程。

步骤：

1. 气体注入：将刻蚀气体（如SF6、O2等）注入刻蚀室。
2. 离子生成：在高频射频场中，气体分子被电离并形成离子。
3. 离子轰击：加速的离子碰撞目标表面，去除表面材料并形成凹槽或图案。

优点：

• 高精度：可实现微米级别的结构加工。
• 高选择性：不同材料可以采用不同的刻蚀气体和条件。

缺点：

• 设备复杂：需要精密控制气体流量、功率等参数。
• 产生毒性气体：部分刻蚀气体具有毒性，需采取安全措施。

2. 干法刻蚀常用设备及结构

2.1 Reactive Ion Etcher (RIE)

原理：RIE利用离子轰击和化学反应结合的方式进行刻蚀，具有高选择性和较快的刻蚀速率。

结构：

• 刻蚀室： 包含靶架、RF电极和气体注入口。
• 真空系统： 维持刻蚀室内的低压环境。
• RF发生器： 产生高频电场，使气体电离并形成离子。
• 气体箱： 控制刻蚀气体的流量和配比。
• 温度控制系统： 保持刻蚀室内稳定的温度。

2.2 Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etcher (ICP-RIE)

原理：ICP-RIE在RIE的基础上增加了感应耦合等离子体，提高了刻蚀速率和均匀性。

结构：

• 感应耦合等离子体源：通过RF辐射产生高浓度的等离子体。
• ICP功率源：提供感应耦合等离子体所需的能量。
• 工件台：放置待刻蚀的样品。
• 气体供给系统：控制各种刻蚀气体的流量和比例。

3. 应用及展望

应用领域：

• 微纳米加工：用于制备半导体器件、MEMS器件等。
• 光学元件：制作光栅、光波导等微纳米结构。

技术展望：

• 工艺优化：不断改进刻蚀气体选择、参数控制等，提高加工精度和效率。
• 多功能性设备：开发具有多种刻蚀模式和功能的设备，满足不同材料和结构的加工需求。
• 绿色环保：研究替代性刻蚀气体、减少毒性废气排放，实现绿色环保生产。