1、离子刻蚀设备简介半导体技术天地,u/J;EB目前，整个集成电路制造技术向着高集成度、小特征尺寸（CD）的方向发展。硅片直径从最初的 4 英寸发展到已批量生产的 12 英寸生产线。同时，衡量半导体制造技术的关键参数特征尺寸亦朝着微细化方向发展，从最初的 5 祄发展到当前的 110nm、90nm、65nm 。而刻蚀是决定特征尺寸的核心工艺技术之一。5W:v0AA/R+H5Y;i.B半导体,芯片,集成电路,设计, 版图,芯片, 制造,工艺,制程,封装, 测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,ph
2、oto,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless,+I2T.a16m;-B(A2真空及压力控制系统 2C/Z8x)D!P.D刻蚀反应腔工作在真空状态下，工作压力一般在 10-310-2Torr 之间。 整个系统主要由干泵（Dry Pump）、分子泵（Turbo Pump）、调压阀（Throttle Valve）、门阀（Gate Valve）、隔离阀（Isolation Valve）、真空计和各种真空检测开关组成。干泵真空度通常能达到100mT，分子泵则能达到 0.1mT，分子泵的选型根据刻蚀压力和刻蚀腔容积的不同而不同。随着硅片由 200mm 发展到
3、300mm，极限真空的要求越来越高，分子泵的抽速越来越大。从3002200L/s 发展到 1600-2500L/s。为了进一步提高刻蚀的均匀性，某些产品还采用了双分子泵设计，如应用材料公司的 300mm EMAX。压力的测量是由真空计来实现的，要求具有精度高、稳定性好的优点。薄膜式电容真空计（Manometer）则因具备上述特点，而被业界广泛应用。其量程范围有 100mT，1T 和 10T 三种。金属和多晶硅刻蚀多选用 100mT 真空计，而介电材料刻蚀选用 1T 真空计。压力控制由电动调压阀（ Throttle Valve）来完成。半导体,芯片,集成电路,设计, 版图,芯片, 制造,工艺,制
4、程,封装, 测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless4L;c)F#V3a%N,o3. 射频（RF）系统$v!b)C._5s-L射频系统由射频发生器（RF Generator）和匹配器（RF Match）组成，发生器产生的射频信号首先输出到匹配器，然后输出到反映腔阴极。该系统通常有两种组合方式：常用的为固定频率射频发生器和可调匹配器；另一种则为变频式射频发生器和不可调匹配器。当反应腔内的等离子体形成后
5、，整个腔体为可变电容性负载。对于第一种组合方式，射频发生器的输出频率和功率固定，匹配器则自动调节其内部的可变电感（L）实现共振；同时调节可变电容器来实现阻抗匹配（50）以减小反射频率，从而使发生器的功率最大限度地输出到阴极。对于第二种组合方式，匹配器由固定的电容和电感组成，射频发生器通过调节频率实现共振，同时增大实际输出功率来保证输出到阴极的功率达到设定值。4. 静电吸盘和硅片温度控制系统半导体,芯片, 集成电路,设计,版图, 晶圆,制造, 工艺,制程,封装, 测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test
6、,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless“F#t(d+h5z9f1h;AD在 200mm 和 300mm 集成电路制造设备中，各供应商普遍采用了静电吸盘（Electrostatic Chuck）技术，而抛弃了传统的机械固定模式。它提高了刻蚀均匀性、减少了尘埃微粒（Particle）。同时，热交换器和硅片背面氦气（He）冷却技术进行温度控制的运用确保了整个硅片在刻蚀过程中的温度均匀，从而减少了对刻蚀速率均匀性的影响。 静电吸盘按照原理分为库仑力静电场吸附和 Johnsen-Rahbeck 效应两种，主要是利用吸
7、盘上所加高电压（ HV）与硅片上因等离子效应而产生的负电压(DC Bias)之间的电压差将硅片吸附到吸盘上。它们采用了不同的介电材料，前一种采用高分子聚合物（Polymer），后一种则采用氮化铝（AlN）。它们与高电压（HV Module）发生器相配合，产生可通过软件设定的电压值。 0c7_5!d:D0C7|,U8i9k总的来说，高分子聚合物静电吸盘所需电压较高，漏电流也大，使用寿命较短。而陶瓷静电吸盘（ALN Ceramic ESC）价格相对昂贵，但使用寿命长，能提供更稳定的吸附力（Chucking Force）和背氦控制。g*0z6W“O1r6q8U)z)r半导体,芯片,集成电路,设计,
8、版图,芯片, 制造,工艺,制程,封装, 测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless0n%*K/d%N5气体流量控制系统 4L/T&K50s/m9t57Eg9半导体,芯片,集成电路,设计, 版图,芯片, 制造,工艺,制程,封装, 测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,me
9、tal,cmp,lithography,fab,fabless5J)b2q8P*Z.p刻蚀气体的流量由质量流量控制器（MFC）来控制，其流量范围一般为 50-1000sccm，控制精度可达+/-1%，流量稳定时间1s 。该控制器按照内部结构可分为模拟电路型，数字电路型及目前最先进的压力变化补偿型（PTI-Pressure Transient Insensitive Technology）。该控制器能够自动补偿气源压力的波动，保证输出流量稳定。)W7v%L$a5t,b(3uS-j/w% p,o6刻蚀终点检测系统 -_“W#V3,(?4qX*g6Q%x半导体,芯片,集成电路,设计, 版图,晶圆,
10、制造,工艺,制程,封装, 测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless!d+vq1_6_L&j(X&G1d8l)m该系统被广泛应用于先进刻蚀设备中，以保证刻蚀深度。其工作原理为通过检测特定波长的光，来确定刻蚀是否结束。通常有两种方式：一是检测参与反应的化学气体浓度突然升高 ，或者检测反应生成物的浓度骤然下降。该设备按照检测波长的范围可分为单波长（High Optical Throu
11、ghput）和分光镜（ Monochromator）两种。前者只能通过特定波长的光，后者可通过电机控制分光镜的角度将所需波长的光分离出来。7传送系统半导体, 芯片,集成电路,设计,版图,晶圆, 制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless#m9y*O/V8R8J%G+1C传送系统由机械手（Robot）、硅片中心检测器和气缸等主要部件组成。机械手负责硅片的传入
12、和传出。在传送过程中，中心检测器会自动检测硅片中心在机械手上的位置，进而补偿机械手伸展和旋转的步数以保证硅片被放置在静电吸盘的中心。硅片在反应腔中通常有硅片刻蚀时的位置硅片被传送时的位置，它们是通过气缸带动波纹管上下运动来实现的。8系统软件及控制半导体,芯片,集成电路,设计, 版图,芯片, 制造,工艺,制程,封装, 测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fablessi$w%|#v6k(t%0+d.N:?“随着
13、软件技术的发展，用在刻蚀设备上的专业控制软件也从传统的 DOS 或类 DOS 操作界面过渡到了 Windows 操作系统。 同时，还引入了分布式控制系统的概念。每个反应腔都具备了独立的控制软件和硬件，即使在主机台停机的情况下仍可继续完成整个刻蚀过程以提高设备的可靠性。此外，Ethernet 通讯技术和 DNET 现场总线技术的引进实现了设备的远程控制，方便了工厂的管理。结束语半导体,芯片, 集成电路,设计,版图, 芯片,制造, 工艺,制程,封装, 测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless8e*n4s&r(e$U:Q随着集成电路的特征尺寸向着纳米级发展，对半导体设备的要求越来越高。双 Bias RF 技术、电加热型静电吸盘、更精确的终点检测和在线特征尺寸检测技术成为了各个设备厂商发展的重点。
