牛津仪器PlasmaPro 100 Cobra ICP刻蚀系统技术介绍

更新时间：2026-07-22

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牛津仪器PlasmaPro 100 Cobra ICP刻蚀系统技术介绍

牛津仪器PlasmaPro 100 Cobra ICP刻蚀系统技术介绍：高密度电感耦合等离子体与原子级精度控制在化合物半导体器件制造中的应用

在光电子器件、功率器件和量子器件等先进半导体制造领域，干法刻蚀工艺对刻蚀速率、选择性和损伤控制的要求持续提升。牛津仪器（Oxford Instruments）的PlasmaPro 100 Cobra ICP刻蚀系统通过高密度电感耦合等离子体（ICP）源与独立偏压控制两大核心技术，在低压条件下实现高密度活性物质的产生与独立调控，为化合物半导体器件的精密加工提供了灵活的工艺方案。

电感耦合等离子体（ICP）源的工作原理

ICP刻蚀技术的核心在于等离子体产生与离子加速的解耦控制。与传统的电容耦合等离子体（CCP）源不同，ICP源采用射频线圈环绕在反应腔室外部的方式。当射频电流通过线圈时，产生的交变磁场在腔室内感应出电场，加速电子并与工艺气体分子碰撞，将其电离形成高密度等离子体。

牛津仪器的Cobra ICP源专为高密度等离子体产生而优化。其核心设计特征在于：在低气压（通常为1～10mTorr）条件下，依然能够维持高密度等离子体（典型密度可达10¹¹～10¹²cm⁻³）。低压操作减少了离子与中性粒子的碰撞，离子在到达基片表面时保持较高的方向性，从而实现各向异性刻蚀——获得近乎垂直的侧壁剖面。该工艺模块可提供出色的均匀性、高吞吐量、高精度和低损伤工艺，适用于最大尺寸为200毫米的晶圆。

独立偏压控制：工艺参数的解耦优化

PlasmaPro 100 Cobra系统的关键技术特征在于等离子体产生与基片偏压的独立控制：

ICP射频电源：控制等离子体的密度（自由基和离子的产率），主要影响刻蚀速率
基片偏压射频电源：控制离子向基片表面加速的能量，主要影响刻蚀方向性和损伤程度

两个电源可独立调节，用户可根据工艺需求分别优化离子密度和离子能量。例如，在GaN HEMT器件的凹槽刻蚀中，可采用较高的ICP功率获得足够刻蚀速率，同时保持较低的偏压功率以降低离子轰击损伤。

原子层刻蚀（ALE）与Etchpoint原位监测

PlasmaPro 100 ALE解决方案为前沿半导体器件提供了精确的刻蚀控制。该系统可在同一腔室内对GaN和AlGaN进行高速率ICP刻蚀与低损伤ALE加工，最大支持200mm晶圆，具有优异的工艺刻蚀均匀性。

Etchpoint™原位监测系统可实现实时光学原位监控，能够将原子层刻蚀后的剩余膜层厚度控制在±0.5nm精度。这一技术组合对于GaN HEMT等器件的凹槽刻蚀和纳米级层刻蚀尤为重要，其数字/循环刻蚀工艺可提供低损伤、光滑的表面。

典型应用场景

PlasmaPro 100 Cobra系统广泛支持多个市场领域：

光电子器件：GaAs和InP基激光器、VCSEL的制造
功率器件：SiC和GaN基功率器件的刻蚀工艺
量子器件：金刚石及SiC色心量子器件的等离子体刻蚀
MEMS与传感器：微机电系统和传感器结构的刻蚀加工

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