2.3.3　電子材料的刻蝕

完成顯影后，需要固定掩膜版的圖形并準備刻蝕。刻蝕后，圖形將永久轉移到晶圓表面，在MEMS器件制造中，刻蝕指用化學或物理方法，在光刻的基礎上利用光刻膠暴露區域去掉晶圓表層的工藝。刻蝕主要分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩類。

濕法刻蝕主要利用化學試劑與被刻蝕材料的化學反應進行刻蝕。濕法刻蝕應用于圖形尺寸大于3μm的產品，當尺寸小于3μm時，由于控制和精度需要，應使用干法刻蝕。濕法刻蝕的對象包括二氧化硅、Si3N4、金屬、光刻膠等，需要在濕法槽中進行，濕法刻蝕設備如圖2-8所示。

濕法刻蝕的一致性控制和工藝控制通過刻蝕槽附加的加熱器和攪動裝置實現，選擇的刻蝕液應能均勻地去掉晶圓表層且不傷及下層材料。圖形轉移精度通過不完全刻蝕、過刻蝕、鉆蝕、選擇比、側邊的各向異性和各向同性刻蝕等滿足。

不完全刻蝕指光刻膠薄膜層仍留在圖形孔中或表面上的情況，如圖2-9所示。出現不完全刻蝕的原因是刻蝕時間太短或厚度不均勻。如果使用化學濕法刻蝕，則溫度過低也會導致出現不完全刻蝕。

過刻蝕與不完全刻蝕相對應，在刻蝕工藝中，總會有一定程度的、有計劃的過刻蝕。理想的刻蝕是各向異性刻蝕，即只有垂直刻蝕，沒有橫向鉆蝕。這樣才能保證在被刻蝕的薄膜上精確復制出所需圖形。刻蝕需要將鉆蝕水平控制在可接受范圍內，以避免影響器件的物理尺寸和性能。選擇比指的是在同一刻蝕條件下一種材料的刻蝕速率與另一種材料的刻蝕速率的比。

干法刻蝕是用氣體進行刻蝕的技術，晶圓在干燥的狀態下進出系統。干法刻蝕技術包括等離子體刻蝕、離子束刻蝕和反應離子刻蝕（RIE）。

等離子體刻蝕利用氣體和等離子體能量進行化學反應，刻蝕的發生需要化學刻蝕劑和能量源，等離子體刻蝕設備由反應腔、真空系統、氣體供應系統、終點檢測系統和電源組成，桶形等離子體刻蝕如圖2-10所示。晶圓被送入反應腔，真空系統建立后，充入反應氣體。二氧化硅刻蝕一般使用CF4或CHF3與氧的混合劑。電源通過射頻線圈形成射頻電場，將混合氣體激發成等離子體，氟基刻蝕二氧化硅，并將其轉化為可揮發成分，由真空系統排出。

離子束刻蝕是物理過程。晶圓置于真空反應腔中的固定器上，并向反應腔導入氬氣，氬氣進入反應腔時，會受到高能電子束的影響，氬原子被離子化，成為帶正電荷的高能粒子。由于晶圓位于接負極的固定器上，氬原子被吸向固定器，當氬原子向固定器移動時，它們會加速，能量增加，它們轟擊暴露的晶圓層，氬原子與晶圓材料不發生化學反應。離子束刻蝕又稱濺射刻蝕（Sputter Etching）或離子銑（Ion Milling），具有較強的各向異性，小開口區域的刻蝕精度很高，由于是物理過程，其選擇性很差，特別是對于光刻膠層。

反應離子刻蝕（RIE）將等離子體刻蝕和離子束刻蝕結合。系統結構與等離子體刻蝕相似，但具有離子束刻蝕的能力，結合了兩者的優點，對光刻膠層的選擇比能夠提高到35:1，而在只有等離子體刻蝕時為10:1。目前，RIE系統已在最先進的生產線中應用。