半导体加工中的刻蚀技术包括湿法化学刻蚀 (Wet Chemical Etching)，等离子刻蚀(Plasma Etching)，反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching)和离子研 磨(Ion Milling)。

与其它刻蚀技术相比，湿法化学刻蚀工艺的主 要优点是成本低，对硅片上器件几乎无损害，高选 择比。缺点是各向异性差，工艺控制性(对温度敏 感)差，微颗粒控制差，化学品处理费用高，由于气 泡等因素很难使用于小的图形。

半导体工业中的湿法刻蚀工艺，主要使用酸 液去除金属、二氧化硅(SiO2)、硅等材料。相比等离子刻蚀，在刻蚀速率和经济性上要高于后者，但由 于酸液刻蚀在方向性上为各向同性，在高深宽比 沟槽的刻蚀控制上也不及后者，所以湿法刻蚀多 用于线宽尺寸较大，对刻蚀图形精度要求不太高 的应用。

在单片湿法刻蚀方法与传统槽式处理方法相 比，避免了在同一槽内批处理时硅片之间的互相污 染，洁净度好，且单片处理速度更快，对刻蚀图形的 精度控制也好于后者。

湿法刻蚀供酸管路系统的主体为主循环回 路，并有其它辅助的管路用于化学液补充或废液子刻蚀，在刻蚀速率和经济性上要高于后者，但由 于酸液刻蚀在方向性上为各向同性，在高深宽比 沟槽的刻蚀控制上也不及后者，所以湿法刻蚀多 用于线宽尺寸较大，对刻蚀图形精度要求不太高 的应用。 在单片湿法刻蚀方法与传统槽式处理方法相 比，避免了在同一槽内批处理时硅片之间的互相污 染，洁净度好，且单片处理速度更快，对刻蚀图形的 精度控制也好于后者。 湿法刻蚀供酸管路系统的主体为主循环回 路，并有其它辅助的管路用于化学液补充或废液

1 主循环回路各部件的布置

1.1 储酸槽

作为整个供液回路的起点和终 点，起到储存化学液的作用。槽的整体材料为 PFA 或 PTFE，以保证耐腐蚀性，依据液体的流动 性质，流出口设计在槽的底部与总阀及泵相连， 回流口和其它回收口、补液口都位于槽的顶盖 上。槽内装有液位计，用于测量槽内化学液存 量。液位计一般为 PTFE 或 PVDF 全包裹式，可 选多个固定液位测量式，预先设置 3~4 个位置分 别作为低液位报警或补液和高液位溢出报警使 用，也可选可全液位线性测量式，可在上位机监 控软件实时监控储酸槽内液位情况。槽的一侧上 部设置化学液溢出口，用于排出超量的化学液， 并有排气功能。

在储酸槽上要布置用于化学液补充的接口，在 液位传感器感知到储酸槽中化学液量不足时，启动 补液泵，通过补液管路从外部化学液储存系统中向 设备内的储酸槽补充化学液。 另外，在储酸槽上要布置用于 DI 水冲洗槽的 供水接口。

同时，适当的控制补液和供 DI 水的量，也是 调整管路内化学液浓度的直接方法。由于化学液 的浓度是湿法刻蚀工艺的重要工艺参数，浓度不 是固定值，随着硅片处理量的增加，浓度会不断降 低，而浓度的降低会影响不同批次处理硅片的工 艺时间，所以，在处理一定批次硅片后，要适当补 液来提高化学液的浓度，也可在必要时供 DI 水， 降低浓度。

1.2 加热器与热交换器的布置

  对于单片湿法刻蚀，一般选用在线加热器(inline heater)，采用发热电阻丝， 外层包裹或涂覆 PTFE 层，化  学液从进口流入加热 器内，控制电路控制电阻丝对化学液加热，加热后 的化学液从出口流出。

热交换器的作用是降低化学液的温度，使其稳 定在要求的工艺温度范围内，通常使用常温水来冷 却，可选用在线式或储酸槽内布置等方式。图 3 为 在线式热交换器示意图，冷却水为 18 ℃的去离子 水，冷却水在交换器中循环流动，与高温化学液产 生热交换，从而使化学液温度下降。

由于整个管路是一个闭环回路系统，理论上可 以布置在回路上的任何位置，但考虑到对温度控制 精度及稳定性的要求，尤其是湿法刻蚀工艺对化学 液温度的敏感性很高，为增加对化学液温度控制的 稳定性，加热器和热交换器应该布置在温度传感器 之后(相对于化学液流向)，且加热和热交换都有时 间要求，不适于布置在进入工艺腔之前，而应在回 流储酸槽的回路部分。

1.3 过滤器

用于控制化学液中的颗粒污染，由于湿法刻蚀 工艺对微颗粒污染的敏感性，所以应当使化学液通 过过滤器后立即进入工艺腔进行刻蚀处理。且选用 的过滤器为壳体与滤芯分离式为佳，因为过滤器的 滤芯使用一定时间后就需要更换，分离式过滤器更 换滤芯方便，不需要将过滤器整体更换，能更好地 降低成本。

1.4 压力传感器

测量回路内化学液流体的压力，由于进入工艺 腔前和回流部分的压力有很大差别，且同时工作的 工艺腔越多，回流部分的压力会越小，而泵处于前 段，为了更好地控制泵为工艺腔供应化学液，应当 检测回流部分压力，获得压力下降的幅度以便调节 泵的供酸量。由于是在主循环回路上测量管路内流 体的压力，所以不适于采用终端式的压力传感器， 在线式的为佳。

1.5 温度传感器

测量主循环回路中流体的温度，类似压力传感 器，在线式为佳，在线式温度传感器的优点是可以 根据不同情况，任意调整在管路上测温点的位置。 另外，也可采用 PTFE 包裹的探温杆式传感器，置 于储酸槽内进行温度的测量，由于刻蚀工艺对化学 液温度的控制要求，以及储酸槽内集中了整个循环 管路中大部分化学液，所以，直接测量这部分化学 液的温度情况，有利于对化学液温度的控制。

1.6 流量调节开关

与压力传感器同样的原因，也应当布置于回流 部分。相比压力传感器只能向上位机监控系统反馈 管路内的流体压力参数不同，流量调节开关或称流 量控制器，不但可以监控管路内流体的流速，还可 进行主动调节。

2 湿法刻蚀主要工艺参数

湿法刻蚀主要工艺参数包括刻蚀率、刻蚀选择 性和刻蚀几何图形。湿法刻蚀的刻蚀速率较快，常用的酸液刻蚀混合剂有 HF, H3PO4, H2SO4, KOH, H2O2, HCl，可被用于刻蚀多种材料，如 Si, SiO2, Si3N4, PR, Al, Au, Cu 等

影响刻蚀率即材料去除率的因素： (1) 酸液槽内浓度是不断变化的，主循环回路 在供应工艺腔进行化学处理的同时，离开工艺腔的 酸液进入排液管路，回到供酸槽中，这样随着加工 硅片数量的增加，槽内酸液的浓度会随着化学液的 消耗而相应的下降；

(2) 工艺腔内刻蚀处理的时间，决定了刻蚀图 形的形状，以及是否会过刻蚀；

(3) 化学液散布的均匀性，在硅片不同区域，化学液停留的时间，直接决定了刻蚀的均匀性，所以 要保证整个硅片的刻蚀均匀性，就必须要尽量使化 学液散布的均匀，可使硅片承片台高速旋转，在配 合以能使化学液均匀喷洒的化学液喷嘴结构；

(4) 化学液的温度，通过在主循环回路上布置 在线式的加热器和热交换器，是最有效的控制化学 液温度的方式；

(5) 被刻蚀材料本身的密度及孔隙率，影响化 学液与被刻蚀材料的接触面积，也相应地影响材料 的去除速率。

(6) 处理批次，由于化学液浓度在不断变化，随 着处理批次的增加，浓度不断降低，所以，为不影响 后续处理过程中化学反应的处理效果，应适时补充 化学液。 其中，处理时间，化学液温度，化学液散布均匀 性，处理批次都是较容易控制的，只有槽内化学液 的浓度是最难控制的，随着处理硅片数量的增加， 化学液不断被消耗，槽内浓度不断下降，会对后续 处理的时间和刻蚀速率有很大影响。 湿法刻蚀都有很高的刻蚀选择性，但对污染 很敏感。湿法刻蚀出的图形基本都是各向同性的，

3 结语

单片湿法刻蚀机的化学液循环系统包括储酸 槽、加热器、热交换器、过滤器、压力和温度传感器 等一系列部件，通过合理的设计其放置顺序可以获 得稳定的温度与流量的化学液输出。在对硅片进行 湿法刻蚀处理时，酸槽内化学液浓度与温度、处理 时间和被刻蚀材料本身的特性是影响刻蚀结果的 主要因素。

更多的单片湿法刻蚀机设备相关资讯可以关注华林科纳CSE网站：

www.hlkncse.com,现在热线咨询400-8768-096，可立即获得免费的半导体清洗解决方案。