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Dry Etch工序的目的

廣義而言，所謂的刻蝕技術(shù)，是將顯影后所產(chǎn)生的光阻圖案真實地轉(zhuǎn)印到光阻下的材質(zhì)上，形成由光刻技術(shù)定義的圖形。

它包含了將材質(zhì)整面均勻移除及圖案選擇性部分去除，可分為濕式刻蝕(wet etching)和干式刻蝕(dry etching)兩種技術(shù)。

濕式刻蝕具有待刻蝕材料與光阻及下層材質(zhì)良好的刻蝕選擇比（selectivity）。

然而，由于化學(xué)反應(yīng)沒有方向性，因而濕式刻蝕是各向同性刻蝕。當(dāng)刻蝕溶液做縱向刻蝕時，側(cè)向的刻蝕將同時發(fā)生，進而造成底切（Undercut）現(xiàn)象，導(dǎo)致圖案線寬失真，如下圖所示。

底切現(xiàn)象

自1970年以來，元件制造首先開始采用電漿刻蝕技術(shù)（也叫等離子體刻蝕技術(shù)），人們對于電漿化學(xué)性的了解與認(rèn)識也就越來越深。

在現(xiàn)今的半導(dǎo)體集成電路或面板制造過程中，要求精確地控制各種材料尺寸至次微米大小，而且還必須具有極高的再現(xiàn)性，電漿刻蝕是現(xiàn)今技術(shù)中唯一能極有效率地將此工作在高良率下完成的技術(shù)，因此電漿刻蝕便成為半導(dǎo)體制造以及TFT LCD Array制造中的主要技術(shù)之一。

干式刻蝕通常指利用輝光放電（glow discharge）方式，產(chǎn)生包含離子、電子等帶電粒子以及具有高度化學(xué)活性的中性原子、分子及自由基的電漿，來進行圖案轉(zhuǎn)?。╬attern transfer）的刻蝕技術(shù)。

干法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方法，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體或面板前段制程。

Dry Etch 的分類及工藝的基本原理

蝕刻技術(shù)中的術(shù)語

1.各向同性與各向異性蝕刻( Isotropic and Anisotropic Etching)

不同的蝕刻機制將對蝕刻后的輪廓(Profile)產(chǎn)生直接的影響。如下圖所示，純粹的化學(xué)蝕刻通常沒有方向選擇性，上下左右刻蝕速度相同，蝕刻后將形成圓弧的輪廓，并在遮罩(Mask)下形成底切(Undercut)，這種刻蝕被稱為各向同性蝕刻。

各向同性蝕刻通常對下層物質(zhì)具有很好的選擇比，但線寬定義不易控制。而各向異性蝕刻則是借助具有方向性的離子撞擊，進行特定方向的蝕刻，形成垂直的輪廓。采用非等向性蝕刻，可定義出較細(xì)微的線寬。

各向同性與各向異性刻蝕

2.選擇比 ( Selectivity )

在刻蝕過程中，被刻蝕物質(zhì)上層的遮罩物質(zhì)（如光刻膠）或下層的物質(zhì)這些本來不需要被刻蝕的膜層也會同時遭到刻蝕，如下圖所示。

刻蝕前和刻蝕后比較

選擇比即為不同物質(zhì)之間蝕刻速率的比值。其中又可分為對遮罩物質(zhì)的選擇比及對待蝕刻物質(zhì)下層物質(zhì)的選擇比。選擇比要求越高越好，高選擇比意味著只刻除想要刻去的那一部分材料。選擇比可以表示為：

選擇比＝被刻蝕材料的速率/不需要被刻蝕材料的速率。

3.負(fù)載效應(yīng)( Loading Effect )

負(fù)載效應(yīng)就是當(dāng)被蝕刻材質(zhì)裸露在反應(yīng)電漿或溶液時，面積較大者蝕刻速率比面積較小者慢的情形。這是由于反應(yīng)物質(zhì)在面積較大的區(qū)域中被消耗掉的程度較為嚴(yán)重，導(dǎo)致反應(yīng)物質(zhì)濃度變低，而蝕刻速率卻又與反應(yīng)物質(zhì)濃度成正比關(guān)系，大部份的等向性蝕刻都有這種現(xiàn)象。

4.RF自偏壓（self bias）

電漿是等離子體，其內(nèi)部正負(fù)離子相等，而如果解離腔體電極接上RF power，由于其電極表面所帶電荷的變換，會吸引正負(fù)離子及電子的接近，但因電子與帶正電的原子核質(zhì)量相差甚多，使得在經(jīng)過高頻的變換過程后，電子與正離子逐漸分離。

質(zhì)量較小的電子受吸引加速較快到達電極表面，使電極附近形成帶負(fù)電的鞘層電壓，這就是自偏壓產(chǎn)生的原理。這個鞘層電壓與等離子體之間存在電位差，從而會吸引正離子轟擊基板表面，增加刻蝕的效應(yīng)。

電子與正離子分離

上下電極之間的電位分布

干刻蝕機制的分類

在干式蝕刻中，隨著制程參數(shù)和電漿狀態(tài)的改變，可以區(qū)分為兩種極端性質(zhì)的蝕刻方式即純物理性蝕刻與純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻，以及物理和化學(xué)混合作用刻蝕。

1. 物理刻蝕

純物理性蝕刻可視為一種物理濺鍍(Sputter)方式，它是利用輝光放電，將氣體如Ar，解離成帶正電的離子，再利用自偏壓（self bias）將離子加速，濺擊在被蝕刻物的表面，而將被蝕刻物質(zhì)原子擊出。

此過程乃完全利用物理上能量的轉(zhuǎn)移，故謂之物理性蝕刻。利用下電極所產(chǎn)生的自偏壓會吸引電漿中的正離子轟擊基板表面，達到破壞膜層表面的刻蝕目的，這種刻蝕的好處在于它很強的刻蝕方向性，從而可以獲得高的各相異性刻蝕剖面，以達到好的線寬控制目的。

其特點有：

1. 各相異性刻蝕

2. 低刻蝕選擇比

3. 并且因轟擊效應(yīng)使得被刻蝕膜層表面產(chǎn)生損傷

4. 反應(yīng)副產(chǎn)物多為非揮發(fā)性，容易累積于腔體內(nèi)部

物理濺射（sputter）機理

2.化學(xué)刻蝕

純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻，則是利用各式能量源（RF，DC，microwave等）給予氣體能量，產(chǎn)生電漿，進而產(chǎn)生化學(xué)活性極強的原(分)子團，原(分)子團擴散至待蝕刻物質(zhì)的表面，與待蝕刻物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生揮發(fā)性之反應(yīng)生成物，最后揮發(fā)性生成物被真空設(shè)備抽離反應(yīng)腔。

因這種反應(yīng)完全利用化學(xué)反應(yīng)來達成，故謂之化學(xué)反應(yīng)性蝕刻。這種蝕刻方式相近于濕式蝕刻，只是反應(yīng)物及產(chǎn)物的狀態(tài)由液態(tài)改變?yōu)闅鈶B(tài)，并利用電漿來促進蝕刻的速率。

因此純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻擁有類似于濕式蝕刻的優(yōu)點及缺點，特點有：

1. 各向同性刻蝕

2. 高刻蝕選擇比

3. 高刻蝕速率

4. 低表面損傷

5. 反應(yīng)腔體潔凈度較易維持

化學(xué)反應(yīng)性刻蝕機理

在半導(dǎo)體以及LCD制程中，純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻應(yīng)用的情況通常為不需做圖形轉(zhuǎn)換的步驟，如光阻的去除等。

基于化學(xué)反應(yīng)機制的理想乾蝕刻過程

如上圖所示，一個僅基于化學(xué)反應(yīng)機制的理想干蝕刻過程可分為以下幾個步驟

（1） 刻蝕氣體進入腔體，在電場作用下產(chǎn)生電漿形態(tài)之蝕刻物種，如離子及自由基(Radicals)；

（2）蝕刻物種藉由擴散、碰撞或場力移至待蝕刻物表面；

（3）蝕刻物種吸附在待蝕刻物表面一段時間；

（4）進行化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生揮發(fā)性之生成物；

（5）生成物脫離表面；

（6）脫離表面之生成物擴散至氣體中并排出。上述步驟中若其中一個停止發(fā)生，則整個反應(yīng)將不再進行。

而其中生成物脫離表面的過程最為重要，大部份的反應(yīng)物種皆能與待蝕刻物表面產(chǎn)生快速的反應(yīng)，但除非生成物有合理的氣壓以致讓其脫離表面，否則反應(yīng)將不會發(fā)生。

3. 物理和化學(xué)刻蝕

物理和化學(xué)刻蝕機理

單純的物理或化學(xué)刻蝕所得到的刻蝕速率低于兩者綜合效應(yīng)，如膜層表面先受到離子轟擊，破壞表層結(jié)構(gòu)，再施以化學(xué)反應(yīng)，可得到數(shù)倍以上的刻蝕速率。

物理和化學(xué)混合作用的機理可以理解為離子轟擊改善化學(xué)刻蝕作用，加入離子撞擊的作用有二：

一是將待蝕刻物質(zhì)表面的原子鍵結(jié)破壞，以加速蝕刻速率；

二是將再沉積于待蝕刻物質(zhì)表面的產(chǎn)物或聚合物(Polymer)打掉，以便待蝕刻物質(zhì)表面能再與反應(yīng)蝕刻氣體接觸。

各向異性蝕刻的達成，則是靠再沉積的產(chǎn)物或聚合物，沉積于待蝕刻圖形上，在表面的沉積物可被離子打掉，蝕刻可繼續(xù)進行，而在側(cè)壁上的沉積物，因未受離子的撞擊而保留下來，阻隔了表面與反應(yīng)蝕刻氣體的接觸，使得側(cè)壁不受侵蝕，而獲得各向異性蝕刻，如下圖所示。

物理和化學(xué)混合作用機理刻蝕能獲得好的線寬控制并有不錯的選擇比，因而目前最具廣泛使用的方法便是結(jié)合物理性蝕刻與化學(xué)反應(yīng)性蝕刻的方法。

物理和化學(xué)刻蝕過程及側(cè)壁的形成

干法刻蝕也可以根據(jù)被刻蝕的材料類型來分。

在Array 制程刻蝕工藝中，按材料分，主要可分為非金屬和金屬刻蝕。

非金屬刻蝕有a-Si/n+a-Si/SiNx刻蝕，可概括性的視為Si刻蝕，其刻蝕氣體可選用的有SF6及CFx系，一般在LCD制程選用SF6，因為其解離之F自由基較多，反應(yīng)速率較快，且制程較為潔凈；

CFx系由于在反應(yīng)過程中，容易有CH化合物產(chǎn)生，較少被選用，但CFx系可通入O2，通過改變F/C 比例及O與C的結(jié)合，減少CFx與F的再結(jié)合，增加F 自由基來加快刻蝕速率，并可調(diào)整Si/Oxide之選擇比，制程控制的彈性較SF6要高。

金屬刻蝕則以Al刻蝕為主，一般采用Cl2作為刻蝕氣體，可得到各向同性的化學(xué)性刻蝕效果。

干刻蝕模式及原理

干刻蝕目前以PE及RIE模式使用較為普遍，兩種均屬于平行電極板的刻蝕，能量均采用RF Power。除了PE及RIE機臺，array制程最常用到的還有ICP模式。

1.反應(yīng)離子刻蝕

反應(yīng)離子刻蝕（RIE）是Reactive Ion Etching 的簡稱，它是一種采用化學(xué)反應(yīng)和物理離子轟擊作用進行刻蝕的技術(shù)。

如下圖所示，RIE腔室的上電極接地，下電極連接射頻電源（13.56MHz），待刻蝕基板放置于下電極，當(dāng)給平面電極加上高頻電壓后，反應(yīng)物發(fā)生電離產(chǎn)生等離子體，等離子體在射頻電場作用下，帶負(fù)電的電子因質(zhì)量較小首先到達基板表面。

又因為下基板直接連接隔直流電容器，所以不能形成電流從下基板流走，這樣就會在基板附近形成帶負(fù)電的鞘層電壓（DC偏壓），這種現(xiàn)象被稱為陰極降下。

正離子在偏壓作用下，沿著電場方向垂直轟擊基板表面，離子轟擊大大加快了表面的化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)生成物的脫附，因而 RIE模式有很高的刻蝕速率，并且可以獲得較好的各向異性側(cè)壁圖形，但相對的表面損傷也較嚴(yán)重。

反應(yīng)離子刻蝕原理

2. 等離子刻蝕

等離子刻蝕簡稱PE(Plasma Etching)模式，PE與RIE模式的差別在于將RF射頻電源連接于上電極，而下電極接地， RF裝于上電極，可通過控制RF Power來控制反應(yīng)氣體解離濃度，且下電極接地使得表面電位為零，與電漿電位（略大于零）相差不多，并不能產(chǎn)生離子轟擊效應(yīng)，所以造成表面損傷低，適合運用與電性能高度相關(guān)的膜層之刻蝕，圖8.6。

PE模式原理

3. 電感耦合等離子體（ICP）

除了PE及RIE機臺，array制程最常用到的還有ICP（Inductively Coupled Plasma ）模式。

ICP的上電極是一個螺旋感應(yīng)線圈，連接功率為13.56MHz的射頻電源來產(chǎn)生等離子體，感應(yīng)線圈將電場與磁場集中，等離子體中電子受磁力作用而做螺旋運動，電子的平均自由程增加可使之獲得較高的加速電壓，這使得有效碰撞頻率增加，離子解離率也因而大幅度增加，ICP模式下的離子密度可比一般解離電漿高約10～100倍。

另外，如果要獲得化學(xué)和物理刻蝕，可以在下電極裝產(chǎn)生偏置（BIAS VOLTAGE）的RF發(fā)生器（一般頻率小于13.56MHz），可利用控制RF power的大小來控制BIAS VOLTAGE，進而控制離子轟擊能量，這種以上電極感應(yīng)線圈控制離子解離濃度，下電極控制離子轟擊能量的方法，使得蝕刻制程可達到極為優(yōu)良的控制。

其所能運用的范圍也更加寬廣，缺點在于電漿匹配不易，設(shè)備多元性也容易造成維護上的困難，在array制程中通常用于需要強有力離子轟擊的金屬蝕刻。#p#分頁標(biāo)題#e#

刻蝕用的工藝氣體

下面將結(jié)合TFT器件不同部分所使用的有代表性的干刻工藝氣體作簡單的介紹。

1.a-Si的刻蝕

刻蝕a-Si層可以采用RIE模式、PE模式和ICP模式，目前一般多采用前兩種。PE模式下和RIE模式下采用的反應(yīng)氣體組成分別為:

PE模式： SF6+HCl+He

SF6：F元素的供給源，用來刻蝕a-Si。

HCl：提高對下層物質(zhì)SiN的選擇比。

He：使等離子體均一化。

RIE模式：Cl2+SF6

Cl2：Cl元素的供給源，刻蝕a-Si的主要氣體。

SF6：F元素的供給源，用來與a-Si發(fā)生反應(yīng)，輔助刻蝕，提高刻蝕速率。

2.SiN的刻蝕

可以采用RIE模式、PE模式和ICP模式。反應(yīng)氣體的組成可以是:

SF6+O2，SF6+He或SF6+ O2+He

#p#分頁標(biāo)題#e#其中：

SF6：F元素的供給源，刻蝕SiN、SiO用的主要氣體。

O2：有利于形成Taper角，也可用于光阻的灰化過程。

3.Mo、Ta、MoW的刻蝕

可以采用RIE模式、PE模式和ICP模式，目前一般采用RIE模式和ICP模式。反應(yīng)氣體的組成可以是SF6+O2和SF6+ O2+He。其中SF6的作用主要是F元素的供給源，用作Mo、Ta和MoW的主要刻蝕氣體。O2的作用是形成Taper角和光阻的灰化。

4.Al的刻蝕

純Al干刻一般采用RIE模式，Al-Nd合金一般采用ICP模式。反應(yīng)氣體采用BCl3+Cl2。

BCl3：主要用于去除Al膜表面的自然氧化膜（Al2O3）。

Cl2：Al元素的供給源，刻蝕Al的主要氣體。

5. ITO的刻蝕

主要采用ICP模式，因為ITO是由銦（In）、錫（Sn）和氧元素構(gòu)成，所以可以用Cl2或HBr或HI進行刻蝕。反應(yīng)方程如下:

In+3（Cl or Br or I）→InCl3 or InBr3 or InI3

Sn+4（Cl or Br or I）→SnCl4 or SnBr4 or SnI4

6. SiO的刻蝕

主要采用ICP模式

反應(yīng)氣體組成可以是C4F6+H2+Ar或者C4F6+CH2F2+Ar。#p#分頁標(biāo)題#e#

其中：

C4F6：CFX基的供給源。

H2、CH2F2：F離子的去除（F+H→HF↑）。

Ar：Ar本身的活性不強，主要利用離子轟擊促進CFX和SiO的反應(yīng)。

Dry Etching設(shè)備的構(gòu)成和主要性能指標(biāo)

干法刻蝕設(shè)備的概述

刻蝕是用化學(xué)或物理的方法有選擇地從基材表面去除不需要的材料的過程，其中干法刻蝕（Dry Etching）具有很好的各向異性刻蝕和線寬控制，在微電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。

在TFT-LCD制造過程中，Island，Channel和Contact的刻蝕一般使用的是干法刻蝕中RIE模式（Reactive Ion Etching Mode），下圖是TEL（Tokyo Electron Limited）生產(chǎn)的干刻機的簡單示意圖。

其設(shè)備的主體是工藝腔室（Process Chamber），其他的輔助設(shè)備有產(chǎn)生工藝必需的真空之真空泵（Pump），調(diào)節(jié)極板和腔體的溫度之調(diào)節(jié)器（Chiller），判斷刻蝕終點之終點檢測器（EPD, End-point Detector），處理排出廢氣的尾氣處理裝置（Scrubber），以及搬運玻璃基板的搬送裝置（比如馬達，機械手）。

下面的內(nèi)容將對其中工藝腔室、真空泵、溫度調(diào)節(jié)器和終點檢測器進行介紹，以期對干法刻蝕設(shè)備的構(gòu)成和主要性能指標(biāo)有一個基本的了解。

干刻機臺的概貌

其中P/C: Process chamber; T/C: Transfer chamber; L/L: Load lock; S/R: Sender/receiver, A/A: Atmospheric Arm

#p#分頁標(biāo)題#e#

玻璃基板在干刻機臺中的基本流程

干法刻蝕工藝流程

玻璃基板的基本流程：玻璃基板（Glass Panel）先存放在S/R中，通過機械手經(jīng)由A/A傳送到L/L，然后到T/C，接著基板被分配到各個P/C中去進行等離子體刻蝕處理。在刻蝕過程中由EPD裝置確定刻蝕的終點，如果達到刻蝕終點，則停止刻蝕，基板經(jīng)由原來的路徑傳送到設(shè)備外進行下一段工序。

設(shè)備的主要的組成部分

玻璃基板在干刻工序的整個流程中，處于工藝腔（P/C）才是真正進行刻蝕，其他的動作只是基板從設(shè)備外大氣狀態(tài)下傳送到工藝腔（真空狀態(tài)）以及刻蝕前后進行的一些輔助程序。

所以整個干法刻蝕設(shè)備的核心部分是工藝腔。基板置于工藝腔后，刻蝕氣體由MFC控制供給到工藝腔內(nèi)，利用RF發(fā)生器產(chǎn)生等離子體，等離子體中的陽離子和自由基對需要刻蝕的薄膜進行物理和化學(xué)的反應(yīng)，膜的表面被刻蝕，得到所需的圖形，揮發(fā)性的生成物通過管道由真空系統(tǒng)抽走。

整個刻蝕過程就是這樣的。

工藝腔（Process Chamber）的示意圖

MFC: Mass Flow Controller, 質(zhì)量流量控制器；CM: Capacitance Manometer, 電容式壓力計；

APC: Adaptive Pressure Controller, 壓力調(diào)節(jié)器；TMP: Turbo Molecular Pump, 渦輪分子泵

通過控制壓力，RF功率，氣體流量，溫度等條件使得等離子體刻蝕能順利進行。#p#分頁標(biāo)題#e#

質(zhì)量流量控制器

控制工藝氣體流量的設(shè)備單元。MFC利用氣體的熱傳輸特性（物體吸收或放出的熱量與其質(zhì)量、比熱、溫度差相關(guān)，對于特定物質(zhì)，其比熱一定），測量進入工藝腔的質(zhì)量流量速率。

MFC主要由加熱傳感線圈，測量控制電路，控制閥構(gòu)成。當(dāng)氣體流過時，熱敏線圈由于溫度變化導(dǎo)致的阻值變化可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，電信號在測量控制電路中反映的是流過MFC的氣體質(zhì)量流量，進而控制閥的閉合程度達到控制工藝氣體質(zhì)量流量的目的。

氣體質(zhì)量流量，實質(zhì)上應(yīng)該用質(zhì)量單位來表示，但在習(xí)慣上是用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0℃，一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的氣體體積流量來表示（sccm, standard cubic centimeter per minute，標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘）。

MFC（質(zhì)量流量器）的示意圖

RF發(fā)生器及匹配網(wǎng)絡(luò)電路

RF發(fā)生器從水晶振蕩器發(fā)出13.56MHz、5mW的波形，通過多段增幅器后增幅至數(shù)千瓦，然后通過同軸電纜傳輸?shù)狡ヅ渚W(wǎng)絡(luò)盒中進行匹配控制，將RF的功率傳輸?shù)焦に嚽坏牡入x子體。

RF發(fā)生器的示意圖以及在不同位置的波形

匹配網(wǎng)絡(luò)盒和匹配控制器相結(jié)合將反射波（電容耦合放電功率）控制到最小，使得RF功率的最大部分在工藝腔內(nèi)等離子體中消耗。

匹配網(wǎng)絡(luò)電路執(zhí)行以下的兩項內(nèi)容：#p#分頁標(biāo)題#e#

1、消除電抗成分。也就是使電流和電壓的相位合到一起，這樣工藝腔內(nèi)就能產(chǎn)生有效的功率。這是由圖中的Cs（match）電容器自動調(diào)節(jié)。

2 、取得阻抗匹配。通常是將RF發(fā)生器的負(fù)載阻抗調(diào)整為50歐姆，這可以將最大的功率傳送到工藝腔內(nèi)而不是消耗在RF電源內(nèi)部。這是由圖中的Cp（tune）自動調(diào)節(jié)。

匹配網(wǎng)絡(luò)電路示意圖

EPD，終點檢測器

相對濕法刻蝕，干法刻蝕對下層薄膜沒有很好的刻蝕選擇比。由于這個原因，EPD（終點檢測器）被要求用于監(jiān)控刻蝕工藝和停止刻蝕（圖3-7）。終點檢測有很多方式，其中使用最常用的是發(fā)射光譜方法。

等離子刻蝕終點檢測

等離子體中處于激發(fā)態(tài)的原子或分子基團會發(fā)出特定波長的光，并且光的強度與激發(fā)原子和基團的濃度相關(guān)。

EPD通過探測反應(yīng)物或生成物發(fā)出的某種特定波長的光的強度，可以得到等離子體刻蝕進行的即時信息。這種方法具有高的靈敏度。我們采用的EPD其基本結(jié)構(gòu)示意圖如下：

#p#分頁標(biāo)題#e#EPD基本結(jié)構(gòu)示意圖

CCD: Charge-Coupled Device, MCA: Multi-Channel Analyzer

等離子體發(fā)出的光經(jīng)CCD接受后將各種光波轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號輸入MCA中，由計算機端控制進行選擇需要檢測的波長。對所選波長的光波的強度進檢測得到刻蝕的終點，進而對刻蝕工藝進行控制。

Chiller，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

等離子刻蝕工藝對溫度的要求很高。等離子體放電過程中會產(chǎn)生熱量，這會使得上下電極以及墻壁溫度升高。所以上下電極以及工藝腔壁需要進行溫度控制，并且電極和腔壁的溫度要求不一樣，一臺Chiller要對一個工藝腔的三個地方進行獨立調(diào)節(jié)。

溫度調(diào)節(jié)器的示意圖

下電極（放置玻璃基板）的溫度調(diào)節(jié)范圍為20-50℃，上電極為20-90℃，腔壁的溫度調(diào)節(jié)范圍為20-60℃。用于循環(huán)的冷卻劑采用的是Galden液，這種液體絕緣，并具有很好的穩(wěn)定性?？倐€溫度控制由系統(tǒng)內(nèi)的溫度傳感器、電路和控制器調(diào)節(jié)完成。

壓力調(diào)節(jié)和真空系統(tǒng)

壓力無疑也是工藝中的一個重要參數(shù)，它主要由真空泵，APC，真空計等真空設(shè)備進行控制。

干法刻蝕設(shè)備的主要性能指標(biāo)

干法刻蝕設(shè)備的功能是在薄膜上準(zhǔn)確復(fù)制特征圖形，從生產(chǎn)產(chǎn)品的角度講可以歸于兩方面：產(chǎn)量和良率。具體到設(shè)備上就對其性能指標(biāo)提出一些要求。

簡單的講，產(chǎn)量，對應(yīng)的是干法刻蝕設(shè)備的刻蝕速率和機臺的稼動力；良率，對應(yīng)的是干法刻蝕的刻蝕均勻性、刻蝕選擇性、損傷和污染。

刻蝕速率和稼動力

Etching Materials	Etching Rate
a-Si	2000Å/min
n+ a-Si	1000Å/min
SiNx	3000Å/min

上表給出的是干法刻蝕工藝中需刻蝕的材料及其刻蝕速率。但這只是單純的指膜材料刻蝕的速率，并且這個數(shù)值可以通過修改工藝參數(shù)進行調(diào)節(jié)。實際上，刻蝕前的準(zhǔn)備（上下物料，抽真空等等）和刻蝕后的處理都要占用時間而影響產(chǎn)量。所以在工藝過程中，真空設(shè)備的抽氣時間、吹掃時間，物料的傳送等等動作都是需要考量的。另，TEL機臺的刻蝕稼動力為85%。

良率相關(guān)的參數(shù)

刻蝕均勻性

Area	Guaranteed Value
Within sheet	< 10%
Sheet to sheet	< 5%
Chamber to chamber	< 5%

 

刻蝕選擇性

Materials	Selectivity
a-Si/SiNx	> 4
SiNx/Mo	> 10

顆粒污染

Particle Size	Amount
> 1µm	< 300
> 3µm	< 50

 

上面三個表給出了干法刻蝕機臺的刻蝕均勻性、選擇性和污染的性能指標(biāo)?？涛g均勻性的計算是在基板上選取13個點，測量數(shù)值，然后由 （max-min）/（max+min）*100這個公式得到。在工藝中，等離子體的刻蝕輻射損傷對器件的影響不是很明顯，所以我們沒有去考量。

Dry Etching的主要工藝參數(shù)和工藝質(zhì)量評價

干法刻蝕具有一些重要參數(shù)：刻蝕速率、刻蝕偏差、選擇比、均勻性、刻蝕殘留物、Taper Angle和顆粒污染，這些都是與刻蝕質(zhì)量評價相關(guān)的參數(shù)。

在工藝進行過程中，可以調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)有：RF的功率、工藝壓力、氣體流量等等。

RF功率，即RF對工藝腔體等離子體輸入的功率。它對等離子體中離子的能量、直流偏壓、刻蝕速率、選擇比和物理刻蝕的程度都有影響。其影響的趨勢見下表。

RF功率對其他刻蝕參數(shù)的影響

RF功率	離子能量	直流偏壓	刻蝕速率	選擇比	物理刻蝕
↑	↑	↑	↑	↓	↓
↓	↓	↓	↓	↑	↑

#p#分頁標(biāo)題#e#

工藝壓力，工藝腔內(nèi)如果壓力越小，則氣體分子的密度越小，那么等離子體的物理刻蝕就越強，相比而言，其刻蝕選擇比越小。

氣體流量，一般而言，氣體流量越大，意味著單位時間內(nèi)工藝腔中參與刻蝕的刻蝕劑越多，那么刻蝕的速率越大。

刻蝕速率，是指在刻蝕過程中去除被刻蝕材料膜層的速度，通常用Å/min表示。

刻蝕窗口的深度稱為臺階高度，可以由段差計（Profiler）測得。為了得到高的產(chǎn)量，就希望有高的刻蝕速率。

刻蝕速率。刻蝕速率 = ΔT/t (Å/min), t 是刻蝕時間

刻蝕偏差，刻蝕偏差是指刻蝕以后線寬或關(guān)鍵尺寸間距的變化。

在濕法刻蝕中，橫向鉆蝕是造成刻蝕偏差的原因；干法刻蝕中，刻蝕偏差的出現(xiàn)是因為光刻膠被刻蝕，使得線寬變窄。

刻蝕偏差在TFT-LCD工藝中并不完全當(dāng)成一種缺陷來處理，首先，TFT-LCD的線寬比較寬（3-5µm），刻蝕損失給TFT器件性能帶來的影響并不是特別明顯；

其次，光刻膠的刻蝕，刻蝕的偏差被利用來形成Taper Angle，而好的Taper Angle是我們所期望的。

刻蝕偏差，刻蝕偏差 = Wb-Wa

選擇比，是指在同一刻蝕條件下一種材料與另一種材料相比刻蝕速率的比值。

需要注意的是在干法刻蝕中，由于存在強烈的物理刻蝕，所以選擇比不如濕法刻蝕那么高。

我們要求達到的選擇比一般為a-Si/SiNx >4，SiNx/Mo >10。

刻蝕均勻性，均勻性是衡量刻蝕工藝在整塊基板，基板之間，或者整個批次之間刻蝕能力的參數(shù)。我們測量基板的一般方法是在玻璃基板上選取13個測量點，由公式（Max - Min）/（Max + Min）*100得到（單位，%）。

在TFT-LCD工藝中，并不能保證刻蝕的完全均勻，所以為了解決刻蝕結(jié)束后還存在刻蝕殘留的問題，一般都采取稍微過刻蝕的辦法。

均勻性測量點選取的位置

殘留物，刻蝕殘留物是指刻蝕后留在基板表面不想要的材料，它常常覆蓋在工藝腔體內(nèi)壁或被刻蝕圖形的底部。

其產(chǎn)生的原因很多，例如被刻蝕層中的污染物，選擇了不合適的刻蝕劑（比如在PI返工的過程中，如果采用SF6作為刻蝕氣體，腔體和管道內(nèi)容易形成殘留的聚合物）。

在進行一定時間的生產(chǎn)后，必須對機臺腔體進行PM（Preventive Maintenance），就是為了清除腔體內(nèi)的殘留物。

Particles污染，Particles污染一直都是TFT-LCD工藝中的重要問題，它是良率的最大敵人。

Particle產(chǎn)生的原因很多，有些是在進入腔體前就存在，有些是在腔體內(nèi)產(chǎn)生沾附的，有些是在刻蝕的過程中等離子體放電時產(chǎn)生的，不一而足。

Particle控制和污染的解決是工程師們一個需要長期奮斗的課題。下圖是一個由Particle產(chǎn)生缺陷的示意說明。

刻蝕中Particle產(chǎn)生的缺陷

這使得刻蝕不完全，如果是在Contact刻蝕位置，很可能形成一個斷路缺陷。

Taper Angle，Taper角指刻蝕后側(cè)壁的角度。好的Taper角有利于在刻蝕工序后成膜觸，可以很好地控制斷線等缺陷。

不同的Taper角下形成的膜

左邊的膜側(cè)壁很薄，容易斷裂而形成斷線等缺陷。

在RIE模式中，是利用PR（Photoresist）后退法形成Taper角。PR在刻蝕的過程中逐漸損失，膜的側(cè)壁的坡度慢慢形成。Taper角的大小是由PR和膜的刻蝕速率比決定。

PR后退法形成Taper Angle

（a）顯影，（b）后烘，（c）和（d）刻蝕過程中，（e）刻蝕完成后Taper Angle形成。

以上是干法刻蝕中的一些重要參數(shù)和概念。

工藝質(zhì)量評介也是由這些參數(shù)加以判斷。好的工藝條件和所有設(shè)備系統(tǒng)正常的正常運行是高的產(chǎn)量和良率的必要條件。工程師的工作就是使得所有設(shè)備維持正常的運行并且發(fā)揮其最好的效能，調(diào)試出最合適的工藝條件使得良率和產(chǎn)能得到提高。