氢氟酸气相刻蚀机

氢氟酸气相蚀刻（VPE）系统是一种洁净室微细加工设备。氢氟酸蒸汽通过对二氧化硅层进行热控制蚀刻，实现了MEMS的无粘滞刻蚀。 我们提供一系列氢氟酸（HF）气相蚀刻（VPE）产品。HF VPE，简称VPE，基于氢氟酸的化学性质，选择性地蚀刻二氧化硅（SiO2），而硅（Si）保持完整。标准VPE可用于不同直径：100毫米、150毫米和200毫米晶圆。VPE由反应室和盖子组成。加热元件集成在盖子中。它控制待蚀刻基板的温度。晶片夹紧可以通过两种方式实现：晶片可以通过使用夹紧环进行机械夹紧。拧紧是从设备的背面进行的，该背面永远不会与氢氟酸（HF）蒸汽接触。这3个螺母很容易用防护手套处理。另一种选择是静电夹紧。单个芯片（长度超过10毫米）以及晶片都可以夹在加热元件上。晶片的背面受到保护，免受蚀刻。将液态HF填充到反应室中。反应室用盖子封闭。HF蒸汽在室温下产生，蚀刻过程自发开始。蚀刻速率由晶片温度控制，晶片温度可在35°C至60°C之间调节。

加工后，酸可以储存在储器中，以便在可密封的容器中重复使用。液体转移只需用手柄降低连通的储液器即可完成。由于重力作用，酸流入储液罐，可以通过两个阀门关闭。通过打开阀门并提起手柄来重新填充反应室。酸流入反应室。酸可以重复用于多次蚀刻，直到必须更换为止。VPE系统占地面积小，可以很容易地集成到现有的流箱中。PE有各种尺寸和一系列可选配件可供选择。在这里，我们展示了电子卡盘以及机械芯片夹紧解决方案（Ø150 mm）。温控反应室（TRC）二氧化硅的蚀刻速率随反应室中液体HF的温度略有变化。HF的温度取决于洁净室的环境温度。此外，HF在长时间蚀刻过程中会加热，导致晶片之间的蚀刻速率增加，直到系统稳定。为了稳定蚀刻速率，我们有一个带有温度控制液体HF的反应室。HF的温度可以通过额外的控制器进行调节。将HF酸加热到阈值温度以上可以在蚀刻过程中保持温度稳定。

技术介绍

Holmes&Snell于1966年进行了气相蚀刻实验。他们观察到，即使晶片不在蚀刻浴中，但接近蚀刻浴，晶片上的二氧化硅也会以相当的蚀刻速率被蚀刻。Helms&Deal确定，水的作用是为表面上的HF提供冷凝溶剂介质。Offenberg等人提出了一种两步反应，其中首先通过吸附水（H2O）形成硅烷醇基团来打开氧化物表面。随后，硅烷醇基团被HF攻击：

SiO2 + 2 H2O → Si(OH)4

Si(OH)4 + 4 HF → SiF4 + 4 H2O

该化学方程式表明，水既是蚀刻过程的引发剂，也是反应物。这一事实表明，蚀刻过程可以进行温度控制，以保持启动过程所需的水量和反应物水量的平衡。在我们的气相蚀刻机中，这种平衡是通过加热晶片来实现的。晶片上的水膜在中等温度下蒸发。蚀刻速率随着温度的升高而降低，在50°C以上的温度下完全停止。在约5µm/h的蚀刻速率下实现了无刺激的MEMS释放。

MEMS粘滞

二氧化硅通常用作微机械结构的损失层。例如，绝缘体上硅（SOI）晶片上的深反应离子蚀刻（DRIE）器件通常在液态氢氟酸（HF）中释放。在去离子水中冲洗晶片后，水的表面张力会破坏释放的结构或结构相互粘附。

决粘滞问题的方法：使用离子型VPE的HF蒸汽在HF蒸汽中蚀刻二氧化硅是一个准干法工艺。由于HF蒸气气氛中的湿度，晶片上存在非常薄的水膜。HF被吸收并蚀刻二氧化硅（SiO2）。在反应过程中，产生硅烷和水。硅烷以气相形式逸出。有趣的是，在这个反应中，水充当引发剂，并由过程本身产生。在加热基板时，可以通过控制表面上的水量来调节蚀刻速率。在4-6μm/hr的蚀刻速率下，大多数结构可以释放而不会粘附。蚀刻过程和均匀性如下图所示。

应用：

MEMS的无粘滞刻蚀

Dicing-free release of structures on SOI substrates

结构减薄

蚀刻速率可从0调节到约30μm/h

单面SiO2蚀刻（工艺过程中保护背面）