半导体工艺制造技术,维纳尺度工程第七章+真空等离子体与刻蚀技术.pdf

第七章 真空、等离子体 与刻蚀技术 主要内容 7.1 真空压力范围与真空泵结构 7.2 真空密封与压力测量 7.3 等离子产生 7.4 刻蚀的基本概念 7.5 湿法刻蚀机理 7.6 化学机械抛光（CMP） 7.7 干法刻蚀机理 7.8 干法刻蚀设备 7.9 常用材料的干法刻蚀 7.1 真空压力范围与真空泵结构 在半导体工艺与制造技术中，除了之前介绍的常压工艺外， 有的工艺还需要在具有一定真空度的腔室内 （chamber ）进行， 例如等离子体刻蚀。这里将介绍一些用于产生、容纳、测量真空 的基本设备。 初真空 0.1 Torr～760 Torr 10 Pa～105 Pa 中真空 10-4 Torr～10-1 Torr 10-2 Pa～10 Pa 高真空 10-8 Torr～10-4 Torr 10-6 Pa～10-10 Pa 超高真空 10-8 Torr 10-10 Pa  半导体制造中使用的大部分工艺设备，一般工作在初或者中真空段  洁净的腔室在通入工艺气体前通常要抽到高或者超高真空段 真空与分子运动平均自由程(why 真空？) 气体分子热运动的方向是随机的，在没有外力作用 的情况下，平均速度为零。常压情况下，气体速度 改变的主要机制之一是气态分子的相互碰撞。 直径为d的分子随机运动,另外一个分子如处在第一 个分子运动路径的距离d之内，就会发生碰撞。分 子具有πd2碰撞截面，在距离L 内的碰撞概率为： 2 P Lπd n 其中，n为每单位体积的气体分子数。 若设P≈1，则两次碰撞间的平均距离，称为平均自 由程： 1 λ≈ 2 πd n 实际根据更严格的统计学应当修正为 1 kT λ≈ 2 2 p为腔体内压力 2πd n 2πd p 真空实现-几种典型的真空泵结构 活塞式机械泵 吸气阶段，气体经过下侧阀进入汽缸 压缩阶段，两个阀均关闭，气体被压缩 排气阶段，气体经过上侧阀被排出到高 压力区 旋片式机械泵 采用旋片代替活塞进行抽气 和压缩运动。 单级旋片式机械泵的终极真 空大约为20mTorr ，两级泵则 能达到1mTorr 以下。 此类压缩泵工作时，水蒸气 的凝聚可能导致腐蚀。 需要泵油，可能会对真空腔