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半導(dǎo)體加工中的刻蝕技術(shù)包括濕法化學(xué)刻蝕 (Wet Chemical Etching)，等離子刻蝕(Plasma Etching)，反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching)和離子研 磨(Ion Milling)。

與其它刻蝕技術(shù)相比，濕法化學(xué)刻蝕工藝的主 要優(yōu)點(diǎn)是成本低，對(duì)硅片上器件幾乎無損害，高選 擇比。缺點(diǎn)是各向異性差，工藝控制性(對(duì)溫度敏 感)差，微顆粒控制差，化學(xué)品處理費(fèi)用高，由于氣 泡等因素很難使用于小的圖形。

半導(dǎo)體工業(yè)中的濕法刻蝕工藝，主要使用酸 液去除金屬、二氧化硅(SiO2)、硅等材料。相比等離子刻蝕，在刻蝕速率和經(jīng)濟(jì)性上要高于后者，但由 于酸液刻蝕在方向性上為各向同性，在高深寬比 溝槽的刻蝕控制上也不及后者，所以濕法刻蝕多 用于線寬尺寸較大，對(duì)刻蝕圖形精度要求不太高 的應(yīng)用。

在單片濕法刻蝕方法與傳統(tǒng)槽式處理方法相 比，避免了在同一槽內(nèi)批處理時(shí)硅片之間的互相污 染，潔凈度好，且單片處理速度更快，對(duì)刻蝕圖形的 精度控制也好于后者。

濕法刻蝕供酸管路系統(tǒng)的主體為主循環(huán)回 路，并有其它輔助的管路用于化學(xué)液補(bǔ)充或廢液子刻蝕，在刻蝕速率和經(jīng)濟(jì)性上要高于后者，但由 于酸液刻蝕在方向性上為各向同性，在高深寬比 溝槽的刻蝕控制上也不及后者，所以濕法刻蝕多 用于線寬尺寸較大，對(duì)刻蝕圖形精度要求不太高 的應(yīng)用。 在單片濕法刻蝕方法與傳統(tǒng)槽式處理方法相 比，避免了在同一槽內(nèi)批處理時(shí)硅片之間的互相污 染，潔凈度好，且單片處理速度更快，對(duì)刻蝕圖形的 精度控制也好于后者。 濕法刻蝕供酸管路系統(tǒng)的主體為主循環(huán)回 路，并有其它輔助的管路用于化學(xué)液補(bǔ)充或廢液

1 主循環(huán)回路各部件的布置

1.1 儲(chǔ)酸槽

作為整個(gè)供液回路的起點(diǎn)和終 點(diǎn)，起到儲(chǔ)存化學(xué)液的作用。槽的整體材料為 PFA 或 PTFE，以保證耐腐蝕性，依據(jù)液體的流動(dòng) 性質(zhì)，流出口設(shè)計(jì)在槽的底部與總閥及泵相連， 回流口和其它回收口、補(bǔ)液口都位于槽的頂蓋 上。槽內(nèi)裝有液位計(jì)，用于測量槽內(nèi)化學(xué)液存 量。液位計(jì)一般為 PTFE 或 PVDF 全包裹式，可 選多個(gè)固定液位測量式，預(yù)先設(shè)置 3~4 個(gè)位置分 別作為低液位報(bào)警或補(bǔ)液和高液位溢出報(bào)警使 用，也可選可全液位線性測量式，可在上位機(jī)監(jiān) 控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控儲(chǔ)酸槽內(nèi)液位情況。槽的一側(cè)上 部設(shè)置化學(xué)液溢出口，用于排出超量的化學(xué)液， 并有排氣功能。

在儲(chǔ)酸槽上要布置用于化學(xué)液補(bǔ)充的接口，在 液位傳感器感知到儲(chǔ)酸槽中化學(xué)液量不足時(shí)，啟動(dòng) 補(bǔ)液泵，通過補(bǔ)液管路從外部化學(xué)液儲(chǔ)存系統(tǒng)中向 設(shè)備內(nèi)的儲(chǔ)酸槽補(bǔ)充化學(xué)液。 另外，在儲(chǔ)酸槽上要布置用于 DI 水沖洗槽的 供水接口。

同時(shí)，適當(dāng)?shù)目刂蒲a(bǔ)液和供 DI 水的量，也是 調(diào)整管路內(nèi)化學(xué)液濃度的直接方法。由于化學(xué)液 的濃度是濕法刻蝕工藝的重要工藝參數(shù)，濃度不 是固定值，隨著硅片處理量的增加，濃度會(huì)不斷降 低，而濃度的降低會(huì)影響不同批次處理硅片的工 藝時(shí)間，所以，在處理一定批次硅片后，要適當(dāng)補(bǔ) 液來提高化學(xué)液的濃度，也可在必要時(shí)供 DI 水， 降低濃度。

1.2 加熱器與熱交換器的布置

??對(duì)于單片濕法刻蝕，一般選用在線加熱器(inline heater)，采用發(fā)熱電阻絲， 外層包裹或涂覆 PTFE 層，化? 學(xué)液從進(jìn)口流入加熱 器內(nèi)，控制電路控制電阻絲對(duì)化學(xué)液加熱，加熱后 的化學(xué)液從出口流出。

熱交換器的作用是降低化學(xué)液的溫度，使其穩(wěn) 定在要求的工藝溫度范圍內(nèi)，通常使用常溫水來冷 卻，可選用在線式或儲(chǔ)酸槽內(nèi)布置等方式。圖 3 為 在線式熱交換器示意圖，冷卻水為 18 ℃的去離子 水，冷卻水在交換器中循環(huán)流動(dòng)，與高溫化學(xué)液產(chǎn) 生熱交換，從而使化學(xué)液溫度下降。

由于整個(gè)管路是一個(gè)閉環(huán)回路系統(tǒng)，理論上可 以布置在回路上的任何位置，但考慮到對(duì)溫度控制 精度及穩(wěn)定性的要求，尤其是濕法刻蝕工藝對(duì)化學(xué) 液溫度的敏感性很高，為增加對(duì)化學(xué)液溫度控制的 穩(wěn)定性，加熱器和熱交換器應(yīng)該布置在溫度傳感器 之后(相對(duì)于化學(xué)液流向)，且加熱和熱交換都有時(shí) 間要求，不適于布置在進(jìn)入工藝腔之前，而應(yīng)在回 流儲(chǔ)酸槽的回路部分。

1.3 過濾器

用于控制化學(xué)液中的顆粒污染，由于濕法刻蝕 工藝對(duì)微顆粒污染的敏感性，所以應(yīng)當(dāng)使化學(xué)液通 過過濾器后立即進(jìn)入工藝腔進(jìn)行刻蝕處理。且選用 的過濾器為殼體與濾芯分離式為佳，因?yàn)檫^濾器的 濾芯使用一定時(shí)間后就需要更換，分離式過濾器更 換濾芯方便，不需要將過濾器整體更換，能更好地 降低成本。

1.4 壓力傳感器

測量回路內(nèi)化學(xué)液流體的壓力，由于進(jìn)入工藝 腔前和回流部分的壓力有很大差別，且同時(shí)工作的 工藝腔越多，回流部分的壓力會(huì)越小，而泵處于前 段，為了更好地控制泵為工藝腔供應(yīng)化學(xué)液，應(yīng)當(dāng) 檢測回流部分壓力，獲得壓力下降的幅度以便調(diào)節(jié) 泵的供酸量。由于是在主循環(huán)回路上測量管路內(nèi)流 體的壓力，所以不適于采用終端式的壓力傳感器， 在線式的為佳。

1.5 溫度傳感器

測量主循環(huán)回路中流體的溫度，類似壓力傳感 器，在線式為佳，在線式溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以 根據(jù)不同情況，任意調(diào)整在管路上測溫點(diǎn)的位置。 另外，也可采用 PTFE 包裹的探溫桿式傳感器，置 于儲(chǔ)酸槽內(nèi)進(jìn)行溫度的測量，由于刻蝕工藝對(duì)化學(xué) 液溫度的控制要求，以及儲(chǔ)酸槽內(nèi)集中了整個(gè)循環(huán) 管路中大部分化學(xué)液，所以，直接測量這部分化學(xué) 液的溫度情況，有利于對(duì)化學(xué)液溫度的控制。

1.6 流量調(diào)節(jié)開關(guān)

與壓力傳感器同樣的原因，也應(yīng)當(dāng)布置于回流 部分。相比壓力傳感器只能向上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)反饋 管路內(nèi)的流體壓力參數(shù)不同，流量調(diào)節(jié)開關(guān)或稱流 量控制器，不但可以監(jiān)控管路內(nèi)流體的流速，還可 進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)。

2 濕法刻蝕主要工藝參數(shù)

濕法刻蝕主要工藝參數(shù)包括刻蝕率、刻蝕選擇 性和刻蝕幾何圖形。濕法刻蝕的刻蝕速率較快，常用的酸液刻蝕混合劑有 HF, H3PO4, H2SO4, KOH, H2O2, HCl，可被用于刻蝕多種材料，如 Si, SiO2, Si3N4, PR, Al, Au, Cu 等

影響刻蝕率即材料去除率的因素： (1) 酸液槽內(nèi)濃度是不斷變化的，主循環(huán)回路 在供應(yīng)工藝腔進(jìn)行化學(xué)處理的同時(shí)，離開工藝腔的 酸液進(jìn)入排液管路，回到供酸槽中，這樣隨著加工 硅片數(shù)量的增加，槽內(nèi)酸液的濃度會(huì)隨著化學(xué)液的 消耗而相應(yīng)的下降；

(2) 工藝腔內(nèi)刻蝕處理的時(shí)間，決定了刻蝕圖 形的形狀，以及是否會(huì)過刻蝕；

(3) 化學(xué)液散布的均勻性，在硅片不同區(qū)域，化學(xué)液停留的時(shí)間，直接決定了刻蝕的均勻性，所以 要保證整個(gè)硅片的刻蝕均勻性，就必須要盡量使化 學(xué)液散布的均勻，可使硅片承片臺(tái)高速旋轉(zhuǎn)，在配 合以能使化學(xué)液均勻噴灑的化學(xué)液噴嘴結(jié)構(gòu)；

(4) 化學(xué)液的溫度，通過在主循環(huán)回路上布置 在線式的加熱器和熱交換器，是最有效的控制化學(xué) 液溫度的方式；

(5) 被刻蝕材料本身的密度及孔隙率，影響化 學(xué)液與被刻蝕材料的接觸面積，也相應(yīng)地影響材料 的去除速率。

(6) 處理批次，由于化學(xué)液濃度在不斷變化，隨 著處理批次的增加，濃度不斷降低，所以，為不影響 后續(xù)處理過程中化學(xué)反應(yīng)的處理效果，應(yīng)適時(shí)補(bǔ)充 化學(xué)液。 其中，處理時(shí)間，化學(xué)液溫度，化學(xué)液散布均勻 性，處理批次都是較容易控制的，只有槽內(nèi)化學(xué)液 的濃度是最難控制的，隨著處理硅片數(shù)量的增加， 化學(xué)液不斷被消耗，槽內(nèi)濃度不斷下降，會(huì)對(duì)后續(xù) 處理的時(shí)間和刻蝕速率有很大影響。 濕法刻蝕都有很高的刻蝕選擇性，但對(duì)污染 很敏感。濕法刻蝕出的圖形基本都是各向同性的，

3 結(jié)語

單片濕法刻蝕機(jī)的化學(xué)液循環(huán)系統(tǒng)包括儲(chǔ)酸 槽、加熱器、熱交換器、過濾器、壓力和溫度傳感器 等一系列部件，通過合理的設(shè)計(jì)其放置順序可以獲 得穩(wěn)定的溫度與流量的化學(xué)液輸出。在對(duì)硅片進(jìn)行 濕法刻蝕處理時(shí)，酸槽內(nèi)化學(xué)液濃度與溫度、處理 時(shí)間和被刻蝕材料本身的特性是影響刻蝕結(jié)果的 主要因素。

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