华兆科技丨SI 591反应离子刻蚀（RIE）系统解决方案

在半导体芯片、微电子器件及新型材料研发制造中，反应离子刻蚀（RIE）是核心关键工艺，直接决定器件精度、性能与良率。随着全球数字化转型加速，芯片制程不断升级，第三代半导体、MEMS等新兴领域崛起，行业对刻蚀设备的精度、稳定性、工艺兼容性及运维便捷性提出了更高要求。

当前，传统RIE系统普遍面临均匀性不足、工艺适配性窄、杂质干扰严重等痛点，难以匹配先进制程需求，成为制约产业升级的瓶颈。在此背景下，SI 591 RIE系统凭借其模块化设计、精准工艺控制及高可靠性，针对性破解行业核心痛点，为半导体及相关领域提供一站式刻蚀解决方案，成为先进制造企业与科研机构的优选设备。

核心参数

• 样品处理能力：最大直径200mm(8英寸)，兼容6英寸、4英寸等多种尺寸及碎片

• 射频系统：13.56MHz平板RF源，最大功率600W，上电极接地，下电极接RF电源

• 温度控制：基板托盘温度范围:标准-20°C~+80°C，可选-30°C~+250°C

• 反应腔体：13英寸铝合金或不锈钢立方体腔室，水冷设计，中央配置光学窗口用于原位检测

• 真空系统：反应腔本底真空度≤1×10⁻⁶mbar，漏率≤2×10⁻⁴mbar・L/s；预真空室配独立干泵，本底真空≤0.1mbar

• 气体系统：标准 5 路工艺气体管路，支持 CF₄、CHF₃、SF₆、O₂、Ar、Cl₂、BCl₃、H₂、CH₄等；采用喷淋头气体分布与 SS 管线，各管路可通过常闭气动阀单独切断

• 刻蚀性能：刻蚀不均匀性≤±5%(全片)，可实现高选择比刻蚀，工艺重复性优异

主要特点

（1）工艺灵活性

痛点：当前多数传统RIE系统，刻蚀均匀性普遍徘徊在±5%以上，难以满足先进芯片及精密器件的制程要求，容易出现刻蚀深浅不一、线宽偏差等问题，直接导致器件良率下降，增加生产成本。尤其在先进制程中，刻蚀均匀性需控制在±3%以内，传统设备的性能短板愈发明显。

技术解决方案：SI 591采用创新平行板铝电极结构，搭配集成式气体喷淋头，可实现刻蚀气体的均匀扩散，从源头保障刻蚀一致性，将刻蚀均匀性稳定控制在±2%以内，远超行业基础要求。同时，电极中央配置光学窗口，配合预留的原位监测端口，可实时捕捉刻蚀过程中的参数变化，通过计算机精准调节射频功率与气体流量，动态修正刻蚀偏差，进一步提升工艺稳定性，有效降低良率损失，助力企业控制生产成本。

二、工艺兼容性窄，适配场景有限

痛点：随着半导体产业多元化发展，下游应用对刻蚀工艺的需求愈发复杂，既要适配不同类型的刻蚀气体，也要兼容多种材料的刻蚀需求。传统RIE系统多采用固定配置，气体管路少、材料适配范围窄，难以兼顾氟基、氯基等不同类型的蚀刻工艺，更换工艺时需大幅调整设备，耗时费力，且易出现工艺偏差，无法满足科研与量产的多场景需求。

技术解决方案：SI 591采用高度模块化设计，搭载五路独立工艺气体管路，可灵活切换CF₄、CHF₃、SF₆、O₂、Ar等常用刻蚀气体，适配氯基和氟基等离子蚀刻工艺，无需大幅改造设备即可实现不同工艺的快速切换。同时，系统可精准控制刻蚀参数，适配Si、SiO₂、SiNx、PI、BCB等多种材料的刻蚀需求，既能满足半导体芯片的量产刻蚀，也能适配MEMS、第三代半导体等新兴领域的研发需求，一台设备实现多场景复用，大幅提升设备利用率，降低企业设备投入成本。

三、真空度不足，杂质干扰严重，工艺再现性差

痛点：刻蚀工艺对真空环境要求严苛，腔室内的杂质残留与真空度不稳定，会导致刻蚀表面出现缺陷、刻蚀速率波动，进而影响工艺再现性。传统RIE系统的真空系统设计不完善，极限真空度偏低，杂质清理不全面，且工艺参数难以精准控制，导致不同批次的产品刻蚀效果差异较大，无法保障量产一致性，尤其在先进制程中，杂质干扰会直接导致器件失效。

技术解决方案：SI 591配备高性能耐腐蚀涡轮泵，搭配预真空室设计，极限真空度可达5×10⁻⁷ Torr，能快速抽离腔室内的空气与杂质，大幅减少杂质残留对刻蚀工艺的干扰；同时，系统采用计算机精准控制等离子体刻蚀工艺条件，可精准调节处理压力、射频功率等核心参数，确保每一批次的刻蚀参数一致，显著提升工艺再现性。此外，腔室采用耐腐蚀材料制造，可有效避免腔室损耗产生的杂质，进一步保障刻蚀环境的洁净度，降低器件缺陷率。

四、工艺监控与终点判断的困难

痛点：在刻蚀多层结构或需要精确控制刻蚀深度时，实时监测工艺进程至关重要。传统设备往往缺乏有效的原位监测手段。

技术解决方案：SI 591 在顶部电极和反应腔体上预留了更大的诊断窗口，可以轻松集成激光干涉仪或 OES（光学发射光谱）等原位监测系统，实现对刻蚀终点的精准判断和工艺过程的实时反馈。

五、研发与生产的矛盾

痛点：传统上，研发需要高灵活性的单机设备，而量产则追求高吞吐量的集群系统，两者往往难以兼顾。SI 591 的模块化架构改变了这一局面。

技术解决方案：它的基础是一个紧凑的单反应腔系统，占地面积仅约 0.7 平方米。更关键的是，它可以通过配置多达六个端口的传输腔，升级为集刻蚀与沉积（如 PECVD、ALD）模块于一体的多腔集群系统。这意味着，用户可以从一台满足研发需求的设备起步，随着项目成熟和产量提升，在原有机台上无缝升级至高通量生产模式，保护了前期投资。

应用场景

一、半导体与微电子

对砷化镓、磷化銦等川-V族材料的氯基刻蚀，进行化合物半导体器件制造，如激光器、探测器、高频品体管。

二、微机电系统(MEMS)

可在硅、二氧化硅、氮化硅的体硅或表面微加工，用于制造传感器、执行器、微结构。

三、光电子与集成光学

硅、氮化硅、聚合物（PI / BCB）的图形刻蚀，可制作光波导、光栅、光子晶体等结构。

四、先进封装与集成

进行聚合物（PI，BCB）的图形化和光刻胶去除（灰化），应用在芯片级封装、品圆级封装以及柔性电子制造。

应用案例

一、中南大学

中南大学采购SI 591 RIE 系统主要应用于半导体材料刻蚀，二维材料加工以及光电子器件研发。

二、华中科技大学

华中科技大学主要将SI 591 RIE 系统用于硅基微光学元件和光电子器件的精密加工，进行高选择比氧化硅刻蚀、光刻胶去除、二维材料（石墨烯等）刻蚀。

三、宁波大学

宁波大学利用SI 591 RIE 系统进行有机物、半导体和金属材料的刻蚀。

四、中国科学院上海微系统与信息技术研究所

为确保SI 591 RIE系统快速落地、高效运转，我们制定了标准化实施流程，从前期调研到后期运维，提供全流程一对一服务，无需客户额外投入大量人力物力，轻松实现设备落地与工艺适配。

一、前期调研与方案定制

专业团队上门调研客户需求、场地及工艺痛点，结合设备特性定制专属配置与工艺适配方案，明确实施节点，规避盲目投入。

二、设备采购与交付

按定制方案采购设备，全程把控生产质量，专业物流配送并同步交付清单、操作手册等资料，做好安装前置准备。

三、安装调试与工艺优化

专业团队上门完成设备安装调试，结合客户工艺需求优化参数，模拟生产场景确保各项指标达标，适配现有生产线。

四、人员培训

为客户技术人员提供一对一专项培训，结合实操演练，确保其快速掌握设备操作、日常维护及简单故障处理技巧。

五、后期运维与技术支持

提供1年整机质保，定期上门巡检，7×24小时技术支持快速响应故障，同时提供工艺与设备升级服务，保障设备长期稳定运行。

半导体产业先进化发展背景下，刻蚀工艺的精度与稳定性至关重要。SI 591 RIE系统凭借精准工艺控制、广泛兼容性及便捷运维，精准破解行业核心痛点，兼具实用性与可靠性，贴合实际应用需求。

该系统可适配科研与量产多场景，为客户提供一站式刻蚀解决方案，助力降本、提良率、增效率。未来我们将持续依托技术优势，提供更优质设备与服务，赋能半导体产业高质量升级。