牛津儀器 RIE 半導(dǎo)體刻蝕機(jī)是半導(dǎo)體器件制造中選擇性地移除沉積層特定部分的工藝。在半導(dǎo)體器件的整個(gè)制造過(guò)程中，刻蝕步驟多達(dá)上百個(gè)，是半導(dǎo)體制造中常見(jiàn)的工藝之一。

牛津儀器RIE設(shè)備的高效運(yùn)行依賴(lài)于對(duì)原理的深刻理解、標(biāo)準(zhǔn)化操作和系統(tǒng)性維護(hù)。通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)（如功率、氣體比例）和定期設(shè)備保養(yǎng)，可顯著提升刻蝕的一致性和良率，滿(mǎn)足半導(dǎo)體制造中對(duì)納米級(jí)精度的嚴(yán)苛需求。

RIE半導(dǎo)體刻蝕機(jī)維護(hù)要點(diǎn)：確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行

日常維護(hù)

腔室清潔：每批次后使用O?等離子體灰化去除有機(jī)殘留，或濕法清洗（如IPA擦拭）。

電極維護(hù)：定期檢查電極表面，去除沉積物（避免鋁電極氧化）。

真空系統(tǒng)：每月更換擴(kuò)散泵油，檢查機(jī)械泵油位及濾芯。

關(guān)鍵部件校準(zhǔn)

氣體流量計(jì)：每季度校準(zhǔn)，確保流量精度（±1%）。

射頻匹配器：每年由廠(chǎng)商校準(zhǔn)，避免反射功率過(guò)高。

壓力傳感器：使用標(biāo)準(zhǔn)真空計(jì)對(duì)比校準(zhǔn)。

故障排查

刻蝕速率異常：

過(guò)高：檢查氣體比例（如過(guò)量F自由基導(dǎo)致Si過(guò)刻）。

過(guò)低：確認(rèn)射頻功率或氣體純度（雜質(zhì)抑制反應(yīng)）。

均勻性差：

優(yōu)化腔室壓力（高壓擴(kuò)散效應(yīng)增強(qiáng)均勻性）。

檢查樣品夾具是否水平，或調(diào)整電極間距。

等離子體不穩(wěn)定：

清潔匹配器觸點(diǎn)，檢查接地是否良好。

更換老化的射頻電纜或電源模塊。

應(yīng)用場(chǎng)景與工藝優(yōu)化

硅刻蝕：使用SF?/O?混合氣體，實(shí)現(xiàn)高深寬比結(jié)構(gòu)。

介質(zhì)刻蝕：對(duì)SiO?或Si?N?，采用CF?/CHF?提高選擇性。

金屬刻蝕：Cl?/BCl?用于鋁刻蝕，需控制側(cè)壁鈍化（添加N?）。

安全與環(huán)保

氣體安全：Cl?、SF?等有毒氣體需配備泄漏檢測(cè)和應(yīng)急處理系統(tǒng)。

廢棄物處理：刻蝕副產(chǎn)物（如氟化物）需通過(guò)尾氣處理系統(tǒng)（scrubber）中和。

個(gè)人防護(hù)：操作時(shí)穿戴防靜電服、護(hù)目鏡等多種防護(hù)裝備。

本設(shè)備支持的晶圓尺寸最大為300mm（330mm基臺(tái)）RIE設(shè)置為GaN刻蝕射頻功率：600W，13.56MHz水冷電極：10C-80C終點(diǎn)檢測(cè)：Verity光發(fā)射光譜（200-800nm）帶8條氣體管線(xiàn)的氣體艙，包括以下7個(gè)質(zhì)量流量控制器（MFCs）：Ar：100sccmCl2：100sccmBCl3：100sccmN2O：200sccmCHF3：200sccmNH3：100sccmCH4：50sccm

射頻功率：600W，13.56MHz
水冷電極：10C-80C
終點(diǎn)檢測(cè)：Verity光發(fā)射光譜（200-800nm）

反應(yīng)離子刻蝕（Reactive Ion Etching, RIE）是一種通過(guò)等離子體實(shí)現(xiàn)材料微納米級(jí)刻蝕的技術(shù)，其核心在于結(jié)合物理濺射和化學(xué)反應(yīng)的雙重作用。

等離子體生成

高頻電場(chǎng)（通常為13.56 MHz）使反應(yīng)氣體（如CF?、Cl?、SF?等）電離，生成包含離子、電子和活性自由基的等離子體。

這些活性粒子在電場(chǎng)中被加速，轟擊樣品表面。

刻蝕機(jī)制

物理濺射：高能離子撞擊材料表面，直接剝離原子。

化學(xué)反應(yīng)：活性自由基與材料發(fā)生反應(yīng)，生成揮發(fā)性產(chǎn)物（如SiF?、CO?），通過(guò)真空系統(tǒng)排出。

選擇性控制：通過(guò)調(diào)節(jié)氣體成分（如添加O?抑制側(cè)壁刻蝕）、功率和壓力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同材料的高選擇性刻蝕。

操作流程：從開(kāi)機(jī)到刻蝕的標(biāo)準(zhǔn)化步驟

設(shè)備準(zhǔn)備

真空檢查：確保腔室密封性，啟動(dòng)真空泵使壓力降至1-10 mTorr。

氣體系統(tǒng)校準(zhǔn)：設(shè)定氣體流量（如CF? 50 sccm、O? 10 sccm），檢查管路是否泄漏。

參數(shù)設(shè)置：輸入射頻功率（100-500 W）、刻蝕時(shí)間、壓力（50-200 mTorr）等。

樣品裝載

使用靜電吸盤(pán)或機(jī)械夾具固定樣品，確保表面平整。

避免污染，需佩戴無(wú)塵手套操作。

刻蝕啟動(dòng)

開(kāi)啟射頻電源，點(diǎn)燃等離子體（通過(guò)匹配器調(diào)節(jié)阻抗）。

監(jiān)控等離子體顏色（如CF?呈藍(lán)紫色）和輝光均勻性。

過(guò)程監(jiān)控

實(shí)時(shí)觀(guān)察刻蝕速率（通過(guò)終點(diǎn)檢測(cè)或光學(xué)監(jiān)控）。

異常處理：若等離子體熄滅，需檢查氣體流量或電源匹配。

刻蝕結(jié)束

關(guān)閉射頻電源和氣體供應(yīng)，通入惰性氣體（如N?）清洗腔室。

待腔室冷卻后取出樣品，檢查刻蝕形貌（SEM或輪廓儀）。

帶8條氣體管線(xiàn)的氣體艙，包括以下7個(gè)質(zhì)量流量控制器（MFCs）：
Ar：100sccm
Cl2：100sccm
BCl3：100sccm
N2O：200sccm
CHF3：200sccm
NH3：100sccm
CH4：50sccm