MEMS常用干法刻蚀设备结构及原理

干法刻蚀技术是一种在大气或真空条件下进行的刻蚀过程，通常使用气体中的离子或化学物质来去除材料表面的部分，通过掩膜和刻蚀参数的调控，可以实现各向异性及各向同性刻蚀的任意切换，从而形成所需的图案或结构。常见的干法刻蚀设备有反应离子刻蚀机（RIE）、电感耦合等离子体刻蚀机（ICP）、磁性中性线等离子体刻蚀机（NLD）、离子束刻蚀机（IBE），本文目的对各刻蚀设备的结构进行剖析，以及分析技术的优缺点。

RIE

RIE设备的结构通常比较简单，一般由射频电源、阳极、阴极、气源和真空泵组成，其中，晶圆位于阴极上，射频电源与阴极相连接，在刻蚀开始时，射频电源施加电场到气体上，气体被电离为离子、电子、原子和分子，其中由于电子的运动速度远大于其他离子，在刻蚀腔中会形成明显的鞘区，在晶圆上方会形成自偏压的电场，RIE利用该效应吸引并加速等离子体中的离子与被刻蚀材料产生物理化学作用，最终产生的副产物气体挥发被排出。然而，这种由自偏压效应引起的刻蚀过程中各物质的运动速度不同，造成了RIE刻蚀离子与反应自由基的不匹配，在RIE刻蚀过程中，经常产生的“黑硅”现象就是该原理造成的。