磁控反应离子刻蚀技术精密化创新——Tateyama TEP-Xd桌上型等离子刻蚀设备

发布时间： 2026-02-02　　点击次数： 10次

一、设备概述与技术定位

日本Tateyama Machine Co., Ltd.（立山机械工业）自1970年成立以来，长期专注于FA系统、精密机械及半导体制造设备的研发与生产

。其推出的TEP-Xd系列桌上型等离子刻蚀设备，作为实验室级磁控反应离子刻蚀（Magnetron Reactive Ion Etching, RIE）系统的代表性产品，专为纳米材料制备、微纳加工及光电子器件研发而设计。

该设备采用紧凑型桌面式设计，在保证专业级刻蚀性能的同时，显著降低了设备占地面积与运行成本，适用于高校实验室、科研院所及企业研发中心的小批量、多品种精密加工需求。

二、核心技术原理与结构特点

2.1 磁控反应离子刻蚀（Magnetron RIE）技术

TEP-Xd采用磁控RIE技术路线，在传统电容耦合等离子体（CCP）基础上引入磁场约束机制

：

等离子体密度增强：通过磁控管在反应腔室中产生磁场，使电子运动轨迹螺旋化，显著增加电子与气体分子的碰撞概率，提高等离子体密度（可达传统RIE的10倍以上）
各向异性刻蚀控制：独立调控离子能量与等离子体密度，实现垂直侧壁的高精度图形转移
低压高真空环境：支持高真空工艺条件，减少颗粒污染，提升刻蚀表面质量

2.2 设备结构特性

平行板电极设计：采用经典平行板反应腔结构，确保电场分布均匀性，避免"下切"现象（undercut）
气体兼容性：支持Ar、O₂、SF₆等多种工艺气体，可执行物理溅射刻蚀（Ar等离子体）与化学反应刻蚀（含氟/氧气体）
紧凑型集成：集成真空系统、射频电源（通常13.56 MHz）、水冷系统及真空计于一体，实现"即插即用"式操作

三、关键技术参数与性能优势

技术参数	性能指标	技术优势
设备形态	桌上型/桌面式	节省洁净室空间，降低设施成本
刻蚀方式	磁控RIE（Reactive Ion Etching）	高刻蚀速率与优异各向异性
等离子体源	射频电容耦合（RF CCP）+ 磁控	高等离子体密度，低损伤加工
工艺气体	Ar, O₂, SF₆, CF₄等	兼容金属/介质/半导体材料
真空系统	高真空泵组配置	基底真空可达10⁻⁴ Pa量级
样品兼容性	支持硅片、玻璃、金属薄膜等	适用于MEMS、光电子、纳米材料

四、典型应用领域

4.1 纳米光子学与超表面制造

在超表面全息器件制备中，TEP-Xd用于金纳米鳍阵列（Au nanofin array）的精密加工。通过Ar等离子体刻蚀去除Cr/Au牺牲层，保留精确设计的纳米鳍结构，实现高效率等离激元光学响应

。

4.2 微机电系统（MEMS）加工

作为MEMS工艺线中的关键设备，TEP-Xd执行：

SiO₂绝缘层刻蚀：采用含氟气体（如SF₆）进行各向异性刻蚀
金属层图形化：通过Ar物理溅射或化学反应刻蚀Al、Mo、Cr等金属薄膜
Bosch工艺辅助：与深硅刻蚀配合，实现高深宽比微结构释放

4.3 微流控与生物芯片

在微流控芯片制造中，设备可用于：

玻璃/PDMS基底表面活化处理
微通道精密图形转移
生物传感器电极图案化

五、技术性与市场竞争力

5.1 与同类设备对比优势

相较于传统大型RIE系统（如Samco RIE-10NR）或其他桌面式设备（如SPI Plasma Prep X），TEP-Xd的核心竞争力体现在：

磁控技术下放：将工业级磁控RIE技术集成至桌面平台，实现高刻蚀速率（>100 nm/min，视材料而定）与低表面损伤的平衡
工艺灵活性：支持从物理溅射到化学反应的广泛工艺窗口，覆盖金属（Au、Cr、Cu）、介质（SiO₂、SiNₓ）及半导体材料
学术友好性：设备操作界面简洁，维护成本低，非常适合学术研究机构进行前沿探索

5.2 产业化应用价值

在Tateyama公司的"Product Development Business"战略中，TEP-Xd作为实验室级等离子系统的核心产品，与该公司的大气压等离子设备、金属纳米胶体等材料业务形成协同

，为客户提供从材料制备到微纳加工的一站式解决方案（One Stop Solution）。

六、结语

Tateyama TEP-Xd桌上型等离子刻蚀设备代表了实验室级微纳加工设备向高性能、小型化方向发展的重要趋势。通过磁控RIE技术的创新应用，该设备在超表面光学、MEMS、柔性电子等前沿研究领域展现出加工能力。随着纳米技术与量子器件研发的持续深入，TEP-Xd这类精密桌面型刻蚀设备将在材料科学与工程应用的交叉领域发挥越来越关键的作用。

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