VPE 系列 HF 气相刻蚀机

产品概述

VPE 系列设备由反应腔室和腔盖组成。腔盖内集成有加热元件，用于控制待刻蚀基片的温度。晶圆夹持可通过两种方式实现：一是使用夹紧环进行机械夹紧，螺钉从设备背面拧入，该部分从未接触氢氟酸（HF）蒸气，三个螺母易于用手套操作；二是采用静电卡盘（E-chuck）夹紧，适用于大于 10 mm 的单芯片及晶圆，夹紧至加热元件后，晶圆背面受到保护，免受刻蚀。

操作原理

将液态 HF 注入反应腔室后，盖上腔盖。HF 蒸气在室温下产生，刻蚀过程随即自动开始。刻蚀速率通过晶圆温度控制，温度可在 35°C 至 60°C 范围内调节。

酸液回收与再利用

刻蚀完成后，酸液可储存于可密封容器中以备重复使用。通过手柄降低连通储液槽，利用重力使酸液流入储液槽，并由两个阀门关闭。重新注酸时，打开阀门并提起手柄，酸液即可流回反应腔室。酸液可多次重复使用，直至需要更换。VPE 系统占地面积小，易于集成到现有通风柜中。

产品规格与配件

VPE 提供多种尺寸和一系列可选配件。图中展示了静电卡盘（E-chuck）以及机械芯片夹紧解决方案（适用于 Ø 150 mm 晶圆）。

温控反应腔室（TRC）

二氧化硅的刻蚀速率会随反应腔室内液态 HF 的温度变化而发生轻微波动。HF 的温度取决于洁净室的环境温度，同时在长时间刻蚀过程中 HF 会发热，导致晶圆间刻蚀速率逐渐增加，直至系统趋于稳定。

为稳定刻蚀速率，我们提供了配备温控液态 HF 的反应腔室。HF 的温度可通过附加控制器进行调节。将 HF 酸液加热至某一阈值温度以上，可在刻蚀过程中保持温度稳定。

气相刻蚀技术

气相刻蚀的首次实验由 Holmes 和 Snell 于 1966 年完成。他们观察到，即使晶圆不在刻蚀槽内而仅靠近其附近，其上的二氧化硅仍以相近的速率被刻蚀。Helms 与 Deal 研究指出，水的作用是在 HF 作用下的表面提供凝聚态溶剂介质。Offenberg 等人提出了两步反应机理：首先，吸附水形成硅醇基团，打开氧化物表面；随后 HF 攻击硅醇基团：

• SiO₂ + 2 H₂O → Si(OH)₄

• Si(OH)₄ + 4 HF → SiF₄ + 4 H₂O

该化学方程式表明，水既是刻蚀过程的引发剂，也是反应物。这一事实意味着可通过温度控制刻蚀过程，以维持引发过程所需的水量与反应物水量之间的平衡。在 idonus 的气相刻蚀机中，这种平衡通过加热晶圆实现。晶圆表面的水膜在中等温度下蒸发，刻蚀速率随温度升高而降低，当温度超过 50°C 时完全停止。在约 5 µm/h 的刻蚀速率下，可实现无粘连的 MEMS 释放。