氫氟酸氣相蝕刻（VPE）係統是一種潔淨室微細加工設備。氫氟酸蒸汽通過對二氧化矽層進行熱控製蝕刻，實現了MEMS的無粘滯刻蝕。 我們提供一係列氫氟酸（HF）氣相蝕刻（VPE）產品。HF VPE，簡稱VPE，基於氫氟酸的化學性質，選擇性地蝕刻二氧化
矽（SiO2）
，而矽（Si）保持完整。標準VPE可用於不同直徑：100毫米、150毫米和200毫米晶圓。VPE由反應室和蓋子組成。加熱元件集成在蓋子中。它控製待蝕刻基板的溫度。晶片夾緊可以通過兩種方式實現：晶片可以通過使用夾緊環進行機械夾緊。擰緊是從設備的背麵進行的
，該背麵永遠不會與氫氟酸（HF）蒸汽接觸。這3個螺母很容易用防護手套處理。另一種選擇是靜電夾緊。單個芯片（長度超過10毫米）以及晶片都可以夾在加熱元件上。晶片的背麵受到保護
，免受蝕刻。將液態HF填充到反應室中。反應室用蓋子封閉。HF蒸汽在室溫下產生
，蝕刻過程自發開始。蝕刻速率由晶片溫度控製
，晶片溫度可在35°C至60°C之間調節。

加(jia)工(gong)後(hou)，酸(suan)可(ke)以(yi)儲(chu)存(cun)在(zai)儲(chu)器(qi)中(zhong)，以(yi)便(bian)在(zai)可(ke)密(mi)封(feng)的(de)容(rong)器(qi)中(zhong)重(zhong)複(fu)使(shi)用(yong)。液(ye)體(ti)轉(zhuan)移(yi)隻(zhi)需(xu)用(yong)手(shou)柄(bing)降(jiang)低(di)連(lian)通(tong)的(de)儲(chu)液(ye)器(qi)即(ji)可(ke)完(wan)成(cheng)。由(you)於(yu)重(zhong)力(li)作(zuo)用(yong)，酸(suan)流(liu)入(ru)儲(chu)液(ye)罐(guan)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)兩(liang)個(ge)閥(fa)門(men)關(guan)閉(bi)。通(tong)過(guo)打(da)開(kai)閥(fa)門(men)並(bing)提(ti)起(qi)手(shou)柄(bing)來(lai)重(zhong)新(xin)填(tian)充(chong)反(fan)應(ying)室(shi)。酸(suan)流(liu)入(ru)反(fan)應(ying)室(shi)。酸(suan)可(ke)以(yi)重(zhong)複(fu)用(yong)於(yu)多(duo)次(ci)蝕(shi)刻(ke)，
直到必須更換為止。VPE係統占地麵積小，可以很容易地集成到現有的流箱中。PE有各種尺寸和一係列可選配件可供選擇。在這裏，我們展示了電子卡盤以及機械芯片夾緊解決方案（Ø150 mm）。溫控反應室（TRC）

二氧化矽的蝕刻速率隨反應室中液體HF的溫度略有變化。HF的溫度取決於潔淨室的環境溫度。此外
，HF在長時間蝕刻過程中會加熱，導致晶片之間的蝕刻速率增加
，直到係統穩定。為了穩定蝕刻速率
，我們有一個帶有溫度控製液體HF的反應室。HF的溫度可以通過額外的控製器進行調節。將HF酸加熱到閾值溫度以上可以在蝕刻過程中保持溫度穩定。

技術介紹

Holmes&Snell於1966年進行了氣相蝕刻實驗。他們觀察到，即使晶片不在蝕刻浴中
，但接近蝕刻浴
，晶片上的二氧化矽也會以相當的蝕刻速率被蝕刻。Helms&Deal確定，水的作用是為表麵上的HF提供冷凝溶劑介質。Offenberg等人提出了一種兩步反應，其中首先通過吸附水（H2O）形成矽烷醇基團來打開氧化物表麵。隨後，矽烷醇基團被HF攻擊：

SiO2 + 2 H2O → Si(OH)4

Si(OH)4 + 4 HF → SiF4 + 4 H2O

該化學方程式表明，水既是蝕刻過程的引發劑
，也是反應物。這一事實表明
，蝕刻過程可以進行溫度控製

，以保持啟動過程所需的水量和反應物水量的平衡。在我們的氣相蝕刻機中，這種平衡是通過加熱晶片來實現的。晶片上的水膜在中等溫度下蒸發。蝕刻速率隨

著溫度的升高而降低，在50°C以上的溫度下完全停止。在約5µm/h的蝕刻速率下實現了無刺激的MEMS釋放。

MEMS粘滯

二氧化矽通常用作微機械結構的損失層。例如，絕緣體上矽（SOI）晶片上的深反應離子蝕刻（DRIE）器件通常在液態氫氟酸（HF）中釋放。在去離子水中衝洗晶片後，水的表麵張力會破壞釋放的結構或結構相互粘附。

決粘滯問題的方法：使用離子型VPE的HF蒸汽

在HF蒸汽中蝕刻二氧化矽是一個準幹法工藝。由於HF蒸氣氣氛中的濕度，晶片上存在非常薄的水膜。HF被吸收並蝕刻二氧化矽（SiO2）。在反應過程中
，產生矽烷和水。矽烷以氣相形式逸出。有趣的是

，在這個反應中，水充當引發劑，並由過程本身產生。在

加熱基板時，可以通過控製表麵上的水量來調節蝕刻速率。在4-6μm/hr的蝕刻速率下
，大多數結構可以釋放而不會粘附。蝕刻過程和均勻性如下圖所示。

應用：

MEMS的無粘滯刻蝕

Dicing-free release of structures on SOI substrates

結構減薄

蝕刻速率可從0調節到約30μm/h

單麵SiO2蝕刻（工藝過程中保護背麵）