牛津儀器 RIE 半導體刻蝕機是半導體器件制造中選擇性地移除沉積層特定部分的工藝。在半導體器件的整個制造過程中，刻蝕步驟多達上百個，是半導體制造中常見的工藝之一。

牛津儀器RIE設備的高效運行依賴于對原理的深刻理解、標準化操作和系統性維護。通過優化工藝參數（如功率、氣體比例）和定期設備保養，可顯著提升刻蝕的一致性和良率，滿足半導體制造中對納米級精度的嚴苛需求。

RIE半導體刻蝕機維護要點：確保設備長期穩定運行

日常維護

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

電極維護：定期檢查電極表面，去除沉積物（避免鋁電極氧化）。

真空系統：每月更換擴散泵油，檢查機械泵油位及濾芯。

關鍵部件校準

氣體流量計：每季度校準，確保流量精度（±1%）。

射頻匹配器：每年由廠商校準，避免反射功率過高。

壓力傳感器：使用標準真空計對比校準。

故障排查

刻蝕速率異常：

過高：檢查氣體比例（如過量F自由基導致Si過刻）。

過低：確認射頻功率或氣體純度（雜質抑制反應）。

均勻性差：

優化腔室壓力（高壓擴散效應增強均勻性）。

檢查樣品夾具是否水平，或調整電極間距。

等離子體不穩定：

清潔匹配器觸點，檢查接地是否良好。

更換老化的射頻電纜或電源模塊。

應用場景與工藝優化

硅刻蝕：使用SF?/O?混合氣體，實現高深寬比結構。

介質刻蝕：對SiO?或Si?N?，采用CF?/CHF?提高選擇性。

金屬刻蝕：Cl?/BCl?用于鋁刻蝕，需控制側壁鈍化（添加N?）。

安全與環保

氣體安全：Cl?、SF?等有毒氣體需配備泄漏檢測和應急處理系統。

廢棄物處理：刻蝕副產物（如氟化物）需通過尾氣處理系統（scrubber）中和。

個人防護：操作時穿戴防靜電服、護目鏡等多種防護裝備。

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

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

反應離子刻蝕（Reactive Ion Etching, RIE）是一種通過等離子體實現材料微納米級刻蝕的技術，其核心在于結合物理濺射和化學反應的雙重作用。

等離子體生成

高頻電場（通常為13.56 MHz）使反應氣體（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中被加速，轟擊樣品表面。

刻蝕機制

物理濺射：高能離子撞擊材料表面，直接剝離原子。

化學反應：活性自由基與材料發生反應，生成揮發性產物（如SiF?、CO?），通過真空系統排出。

選擇性控制：通過調節氣體成分（如添加O?抑制側壁刻蝕）、功率和壓力，可實現對不同材料的高選擇性刻蝕。

操作流程：從開機到刻蝕的標準化步驟

設備準備

真空檢查：確保腔室密封性，啟動真空泵使壓力降至1-10 mTorr。

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

參數設置：輸入射頻功率（100-500 W）、刻蝕時間、壓力（50-200 mTorr）等。

樣品裝載

使用靜電吸盤或機械夾具固定樣品，確保表面平整。

避免污染，需佩戴無塵手套操作。

刻蝕啟動

開啟射頻電源，點燃等離子體（通過匹配器調節阻抗）。

監控等離子體顏色（如CF?呈藍紫色）和輝光均勻性。

過程監控

實時觀察刻蝕速率（通過終點檢測或光學監控）。

異常處理：若等離子體熄滅，需檢查氣體流量或電源匹配。

刻蝕結束

關閉射頻電源和氣體供應，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條氣體管線的氣體艙，包括以下7個質量流量控制器（MFCs）：
Ar：100sccm
Cl2：100sccm
BCl3：100sccm
N2O：200sccm
CHF3：200sccm
NH3：100sccm
CH4：50sccm