华兆科技丨PlasmaPro 100 Cobra感应耦合等离子刻蚀（ICP）系统解决方案

关键性能参数

• 晶圆尺寸：标准配置可处理最大200毫米（8英寸） 的晶圆，部分为特定研究机构配置的版本支持100毫米（4英寸）或150毫米（6英寸）晶圆。

• 射频功率：ICP源功率最高可达3000瓦，用于生成高密度等离子体；RIE偏压功率最高600瓦，用于控制离子能量。

• 样品台温控：拥有极宽的温控范围，可从-150°C（需液氮冷却）到 +400°C。结合氦气背冷技术，确保在整个工艺过程中晶圆温度高度均匀和稳定。

• 刻蚀能力：能够实现高深宽比（最高可达30:1） 和高精度（最小线宽约30纳米） 的刻蚀，侧壁角度可在85°至92°之间调控。

• 工艺气体：兼容广泛的工艺气体，包括SF₆、C₄F₈、CHF₃、HBr、Cl₂、BCl₃、O₂、Ar、N₂等，适用于多种材料体系。

• 工艺监控：通常配备光学发射光谱和激光干涉终点检测系统，用于实时监控等离子体状态并精确判断刻蚀终点。

系统特点：

• 独立的射频和ICP发生器可分别控制离子能量和离子密度，实现高度的工艺灵活性

• 化学刻蚀和离子诱导刻蚀

• 在特定低刻蚀速率应用中也可以以RIE模式运行

• 可用于ICP-CVD模式下的沉积

• 高电导泵送端口可提供高气体吞吐量，以实现最快的刻蚀速率

• 静电屏蔽消除了电容耦合，减少了对器件的电损伤，并减少了腔室颗粒

• 晶圆夹持和氦气冷却为标准配置，可提供出色的温度控制，并可选择较宽的温度范围

• 通过腔室中的均匀高传导通路将反应性粒子传递到基板 ，允许高气体流量的同时维持低室内压力，从而为*进应用开发提供宽广的工艺窗口

• 宽温度范围电极，可以通过流体循环冷却装置冷却至-20°C和液氮冷却至-150°C，或通过电阻加热升温至400°C，可选的排气和液体交换单元可自动切换模式，-20°C至-150°C的转换仅需10分钟

• 流体控制电极由一个再循环冷却器装置供给，出色的基底温度控制

• ICP源尺寸可选65mm或300mm，300mm源可提供高达200mm晶圆的优异工艺均匀性

设备选配

• 气体储存舱（Gas pod）：包括额外的气体管路，提供更大的灵活性。

• Logviewer软件：数据记录软件，允许实时绘图和运行后的分析。

• 光学终点检测器：用于实现最佳工艺结果的重要工具。

• 软泵（Soft pump）：用于缓慢地抽真空室。

• 分子泵（Turbomolecular vacuum pump）：提供优异的抽真空速度和更高的吞吐量。

• X20控制系统：提供未来的、灵活的、可靠的工具，具有增强的系统智能。

• Advanced Energy Paramount发生器：提供更高的可靠性和更稳定的等离子体。

• 自动压力控制：可确保非常快速和准确的压力控制。

• 双CM（电容式）压力表切换：通过单一的压力控制阀，提供利用两个不同范围电容式压力计的能力。

• LN2自动切换装置：实现冷却液自动在液氮（LN2）和冷却器流体之间的切换。

• TEOS液位传感：使用超声波液位传感器安装在TEOS罐上实现液位传感。

• 宽温度范围电极：通过重要的设计改进，以提高工艺性能。

痛点：在刻蚀深硅或其它材料时，传统的反应离子刻蚀容易产生“扇贝"状侧壁，表面粗糙度高，且难以保持垂直的剖面角度。这严重影响了微纳机电系统器件的机械性能、光学器件的透光率以及电学器件的性能。

技术解决方案：PlasmaPro 100 Cobra的解决方案在于其强大的电感耦合等离子体源与独立的偏压控制。Cobra® ICP源能在低气压下产生高密度、均匀的等离子体，而基片偏压则由独立的射频发生器精确调控。这种设计允许用户将离子能量与等离子体密度进行解耦控制，从而在实现高速刻蚀的同时，通过优化离子轰击能量来获得光滑、垂直的侧壁轮廓。系统支持Bosch工艺（循环刻蚀与钝化）和低温刻蚀工艺，专门用于攻克高深宽比结构的制备难关，最高深宽比可达30:1。

二、工艺均匀性差，在大尺寸晶圆或特殊材料上表现不佳

痛点：工艺均匀性是影响产品良率的核心因素。对于200mm晶圆或化合物半导体等异质材料，由于等离子体分布、气体流场或温度场的细微不均，极易导致晶圆边缘与中心的刻蚀速率、选择比出现显著差异。

技术解决方案：PlasmaPro 100 Cobra提供了可选的300mm大型ICP源与出色的温控系统。大尺寸ICP源能够确保等离子体均匀覆盖整个200mm晶圆区域。同时，系统搭载的宽温范围电极（-150°C至400°C）配合氦气背面冷却技术，能为晶圆提供极其均匀且精准的温度控制。均匀的温度是保证化学反应速率一致性的关键，从而确保了整个晶圆面内优异的工艺均匀性和重复性。

三、复杂工艺开发与生产维护效率低下

痛点：研发阶段需要频繁探索工艺参数，而量产阶段则要求设备稳定、维护便捷。传统的刻蚀设备参数调整繁琐，数据追溯困难，故障诊断和日常维护耗时耗力，拖慢了创新节奏并增加了运营成本。

技术解决方案：PlasmaPro 100 Cobra通过智能软件与模块化设计应对这一挑战。其配备的PTIQ智能软件解决方案，提供了直观的工艺控制、实时数据监控与深度数据分析功能，极大简化了工艺开发与优化流程。同时，系统的模块化设计支持快速更换腔室部件，并可选配原位清洗功能，最大限度地减少了维护停机时间。这种设计思想保障了设备能长期维持高达90%以上的正常运转时间，满足从研发到量产的全周期需求。

四、多材料、多工艺需求的灵活性与扩展性不足

痛点：现代微纳器件往往是多种材料的集成，需要刻蚀、沉积等多种工艺步骤。实验室或小批量产线往往受限于预算和空间，无法购置多台单一功能的设备，从而限制了技术路线的探索。

技术解决方案：PlasmaPro 100 Cobra的集群化平台理念提供了优秀的灵活性。其核心平台可集群化集成多达5个不同的工艺模块，不仅包括ICP-RIE刻蚀，还可集成PECVD沉积、离子束刻蚀与沉积等多种技术。这意味着用户可以在一个紧凑的平台上完成复杂的工艺流程，无需在不同设备间传送样品，既避免了污染风险，又显著提升了研发效率和工艺集成度。

应用场景：

• 丰富的 III-V 刻蚀工艺库

• 用于量子器件的NbN和Ta材料

• 复合半导体应用领域：

固态激光器InP刻蚀

VCSEL GaAs/AlGaAs刻蚀

电力电子/射频SiC和GaN刻蚀

• 广泛的金属刻蚀工艺库：铝、铬、镍等

• SiOx和SiO2刻蚀

• 熔融石英和石英刻蚀

• 硅刻蚀

• SiO2 和 SiNx 硬掩膜刻蚀

应用案例：

一、北京大学

配备PlasmaPro 100 Cobra 180，放置于电子学院*进光电集成中心。该设备支持4英寸晶圆，擅长使用氟基/氢基气体对硅、氧化硅等进行高精度刻蚀，是校级共享平台的关键工艺设备，全面支持硅基光电子与微电子研究。

二、浙江大学

微纳加工中心配备两台PlasmaPro 100 Cobra 180，集成11路气体系统。功能全面，不仅能加工硅基材料，更能高效刻蚀III-V族化合物半导体，通过精确控制功率满足高深宽比刻蚀与低损伤表面处理等多种工艺需求。

三、西北工业大学

校分析测试中心的PlasmaPro 100 Cobra 300支持最大8英寸晶圆，具备出色的工程化加工能力。专注于硅、碳化硅、氮化镓等材料的大面积均匀刻蚀，常与湿法设备联用，支撑航空航天、电子信息等领域的器件研发。

四、南方科技大学

一、专业的安装与深度培训

• 设备的初始安装和调试必须由技术认证的工程师完成，这是售后服务的起点。

• 为客户的操作、维护及应用人员提供系统性的理论培训和上机实操指导，确保团队能安全、高效、独立地使用设备。

二、专业技术支持与快速响应

• 提供多通道支持，包括电话、邮件和远程诊断。工程师可以通过安全连接远程访问设备进行初步故障排查，以加快解决速度。

• 当远程无法解决问题时，会派遣认证的应用或服务工程师前往现场提供支持，确保问题得到根本性解决。

三、灵活的服务合同

• 提供不同等级的服务协议，通常从基础的“响应式服务"到全面的“系统化服务合同"。全面的合同通常涵盖定期预防性维护、优*现场响应、备用件折扣和软件升级等，旨在通过计划性的保养提升设备正常运行时间。

四、可靠的备件与消耗品供应

• 依托全球化的备件仓储网络，确保关键备件和专用消耗品（如石英窗、电极环等）能快速供应，以缩短设备待机时间。

• 提供原厂品质保障，确保设备性能的完整性和工艺的重复性。

五、软件支持与工艺优化工具

• 提供设备核心的PTIQ智能工艺软件的维护与升级服务。

• 其服务不仅限于设备硬件，还延伸到工艺层面。工程师能提供基础工艺支持，并协助客户利用设备进行工艺开发与优化。

面对微纳制造日益提升的精度、均匀性与复杂性要求，PlasmaPro 100 Cobra以其高密度ICP源、独立偏压控制、超宽温域精确热管理、智能化软件及集群化平台等核心技术，提供了一站式的刻蚀与沉积解决方案。它不仅是解决当下工艺痛点的利器，其高度的灵活性和扩展性更使其成为面向未来技术创新的理想平台，持续助力科研与产业界将重要突破性的设计理念转化为现实。