在此前IT之家《兵进光刻机，中国芯片血勇突围战》一文中，有网友表示除了光刻机，对刻蚀机也比较感兴趣。今天汐元就和大家讲一讲刻蚀机的那些事吧。在开始之前先统一一下名称，“刻蚀机”和“蚀刻机”都是正确的叫法。国内两家重要的厂家中微半导体和北方华创用的都是“刻蚀机”，本文也统一使用“刻蚀机”。一、刻蚀机是用来做什么的刻蚀机，顾名思义，对应的是芯片制造中的“刻蚀”这一步。在芯片制造中，“光刻”和“刻蚀”是两个紧密相连的步骤，也是非常关键的步骤。回顾IT之家之前介绍光刻机的文章，我们知道，“光刻”就相当于用投影的方式把电路图“画”在晶圆上。注意，这个时候，电路图其实不是真的被画在了晶圆上，而是被画在了晶圆表面的光刻胶上。光刻胶表层是光阻，一种光敏材料，被曝光后会消解。而“刻蚀”，才是真正沿着光刻胶表面显影的图案，将电路图刻在晶圆上。打一个不怎么精确的比方。比如我们想在墙上刻出“IT之家”四个字，我们不是直接操起刀子就刻，而是先在墙上用笔描出“IT之家”的图案。这一步，是光刻。接着，我们才拿起刀子，沿着刚才在墙上描出的图案来雕刻。这一步，是刻蚀。而刻蚀机，就是专业干这个活的。基于此，我们再来理解刻蚀的准确定义，就比较容易理解了：刻蚀，是用化学或物理方法对衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的过程，进而形成光刻定义的电路图形。在芯片制造中，有三个核心的环节，分别是薄膜沉积、光刻、和刻蚀。其中，光刻是最复杂、最关键、成本最高、耗时最高的环节；刻蚀的成本仅次于光刻，重要性也在不断上升；而薄膜沉积也是必不可少的重要工序，在制造中，为了实现大型集成电路的分层结构，需要反复进行沉积-刻蚀-沉积的过程。从下面的图也可以看出刻蚀在芯片制造中的重要地位。二、刻蚀机的技术细节1、湿法刻蚀和干法刻蚀从刻蚀的定义和原理上我们知道，它其实就是在晶圆上刻画电路图的过程。相信这时候广大IT之家小伙伴们第一个想到的问题就是：用什么刻？尖刀？锥子？哈哈，肯定不可能是用刀子去刻，毕竟这可是纳米级别的工艺。实际上，刻蚀总体可分两种技术方案：湿法刻蚀和干法刻蚀。所谓湿法刻蚀，很容易理解，就是用液体的化学试剂去腐蚀、消解晶圆表面我们需要去除的纹理图案。▲资料来源：Photofabrication而干法刻蚀，这部分就比较复杂了，汐元在后面会重点讲。干法刻蚀，很显然，用的就不是化学试剂之类的液体了，它采用的一般是能量束，如离子束、电子束、激光束等等。而目前用的最多的，是离子束，准确说是等离子体，将等离子体打到晶圆表面，与晶圆产生化学反应或物理反应（或者化学和物理两种反应），达到刻蚀的目的。▲等离子刻蚀，资料来源：央视《大国重器》第二季第六集▲等离子刻蚀，资料来源：LamResearch目前刻蚀机领域，采用的主流方案都是干法刻蚀，占比至少90%。这主要是因为湿法刻蚀存在一些缺陷。首先，湿法刻蚀因为需要大量对人体和环境有害的腐蚀性化学试剂，所以在大规模集成电路制造中，正逐渐被淘汰。其次，湿法刻蚀存在一个各向同性的问题，意思就是说，因为湿法刻蚀采用的是化学试剂，是液体，所以在进行化学反应的时候，方向性不太好控制，在蚀刻的时候，可能会把图案底部周边的部分也反应掉，甚至掏空，这不是人们想看到的。▲资料来源：国泰君安证券研究因为这个问题，湿法刻蚀在次微米级（小于1μm）的半导体中就很难用得上了，得采用干法刻蚀。干法刻蚀的精准度高，并且没有污染物残留，总之就是更先进。不过，湿法刻蚀也没有被放弃，因为成本低，工艺简单，所以目前还是会用在一些低端产品或非半导体产品上。2、干法刻蚀的技术细节鉴于目前主流的刻蚀机采用的都是干法刻蚀，而且干法刻蚀的技术也比较复杂，所以这里单独讲，避免广大IT之家小伙伴们看乱了。在干法刻蚀中，最主流的方案是采用等离子体，所以我们主要讲这一类技术。首先我们需要明白什么是等离子体。中学物理我们学过，物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由原子核以及外围的电子构成的。当物质被加热到一定温度后，原子核外层的电子就会摆脱原子核的束缚，成为自由的电子，而原子失去电子，成为离子。这个时候，物质变成了由大量电子、离子以及少量没有电离的气体分子和原子组成的类似气体的物质，这就叫等离子体。等离子体又被称作电浆，你可以理解为这时候状态就像一团浆糊，手动眼斜。在干法刻蚀中，通常使用含有卤素原子的等离子体活化气体，例如氟化气体的一种，氟化氢。说道氟化氢，前面讲到的湿法刻蚀中用的化学试剂，最常用的其实就是高纯度的氟化氢水溶液。

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