5、干货！掌握这两个电压（Vdc&Vpp），就理解了DRY ETCH微观原理

前面已经向大家介绍DRY ETCH的宏观原理，这一节通过介绍两个电压参数（Vdc&Vpp），从微观角度分析DRY ETCH的基本原理。

• Vdc（Voltage of Direct Current）

Vdc是一种直流偏压（DC），也称为自我偏压（self bias voltage），是DRY ETCH原理上非常重要的一个参数，下面通过平行板反应离子蚀刻机台进行说明。

前面介绍过，平行板反应离子蚀刻（RIE）机台，上部电极接地，下部电极接交流电压，RF电源的频率为13.56 MHz。大家回忆一下高中物理知识，13.56 MHz意味着电场每秒变化13.56 x 10^6次，电子的质量为9.109×10^-31kg，离子的质量约为电子质量的100000倍。当电场变化时，电子容易跟随电场的变化而变化，离子由于质量重，不随电场的变化而变化。

当RF交流电位于正半周期时，等离子体中带负电的电子被吸引至下部极板，当RF交流电位于负半周期时，等离子中带正电的离子被吸引，但由于离子质量较大，无法跟随电场变化，其位置变化不大。经过几个周期变化后，下极板就积累相当多的电子，于是就产生了直流负电位Vdc。由于下电极为负偏压，电子被排斥，下极板附近几乎不存在电子，此区域被成为离子鞘（Ion Sheath），此区域几乎看不见发光，因此也被成为暗区（Dark Space）。

关于蚀刻机台chamber中电位分布见图1，等离子体从宏观上分析不带电，电子、离子随机分布，但从微观角度分析，等离子体也具有一定电压，称为Vp（Plasma Potential）。当正离子进入Plasma与Ion sheath边界时，离子被Vdc吸引加速轰击wafer表面，此时离子的能量为Vp Vdc，这就是DRY ETCH的微观原理。

图1  电位分布图

• Vpp（Voltage of Peak to Peak）:

Vpp 指的是RF 正弦波的 Peak to Peak，波峰到波谷之间电压绝对值之和 。当 RF 在正半周期时， Vn 电位在等离子体中形成， 吸引负电荷往 Cathode 上的 Wafer 移动。此時电荷能量为-q×Vn， 当 RF 在负半周期时， 将提供正离子电荷 q×(Vp Vdc)的能量， 使正离子电荷往 Cathode上的 Wafer加速移动，轰击wafer表面，负电荷与正电荷的移动数量是相同的，这就是DRY ETCH 微观原理，。

图2 Vpp示意图

图3  Vpp计算值

在实际应用中，当Vdc或Vpp参数发生突变时，超出范围，一般说明ETCH制程有异常，需要EE check tool和PE trace wafe。