在 MEMS 微机电芯片, 微传感器, 射频 MEMS 器件研发与量产过程中, 硅衬底表面 Ti/Cu 双层金属薄膜的去除与图形化刻蚀是核心关键工序. 行业常规工艺多采用湿法腐蚀, RIE 反应离子刻蚀完成金属层去除, 但会存在残留严重, 侧蚀偏大, 衬底损伤高, 工艺不稳定等问题. 尤其针对硅片 Ti 粘附层+ Cu 导电层双层结构, 传统刻蚀工艺需要分步腐蚀, 多次清洗, 不仅耗时耗力, 还极易影响 MEMS 器件的精度与良率.

上海伯东代理日本 NS  20IBE-C 离子束刻蚀机凭借纯物理氩离子轰击刻蚀原理, 不受金属材料化学特性限制, 可实现 4英寸硅衬底 Ti, Cu 双层金属层一体化刻蚀去除, 标准工艺下一次性6片, 10分钟即可完整打掉 Ti/Cu 双层薄膜, 刻蚀均匀性 2.03%. 衬底洁净无残留, 损伤极低, 为 MEMS 芯片精密金属刻蚀提供新的解决方案.

一、4寸硅片 Ti/Cu 薄膜结构工艺说明
本次 MEMS 芯片加工基材为 4英寸硅衬底，采用经典的金属薄膜复合结构：底层沉积 Ti钛金属层作为粘附过渡层, 有效提升 Cu层与硅基底的结合力, 避免金属层脱落, 起皮; 表层沉积Cu铜金属层, 作为导电功能层, 广泛应用于各类 MEMS 传感器, 微电极, 射频线路结构.

在器件工艺迭代, 结构修正, 整层剥离制程中, 需要将表面 Cu层与底层 Ti 层完全刻蚀清除, 裸露出完整硅衬底. 针对该制程需求, 上海伯东推荐 20IBE-C 离子束刻蚀机适配快速刻蚀工艺，无需分步加工，单次制程10分钟即可完成双层金属彻底去除，完美适配MEMS研发打样与中小批量生产需求.

二、20IBE-C 离子束刻蚀机 Ti/Cu 双层 10分钟刻蚀工艺方案
1. 设备与工艺参数适配
设备型号：20IBE-C 离子束刻蚀机
加工基材：4英寸硅衬底（Si）
加工结构：Si 衬底+Ti 粘附层+Cu 功能层
工艺目标：完全去除 Ti, Cu 双层金属, 无残留, 低衬底损伤
标准制程时长：10分钟整层刻蚀完成, 一次性 6片, 刻蚀均匀性 2.03%

2. 完整工艺流程
第一步: 晶圆装夹定位: 将 6片 4寸硅基 Ti/Cu 晶圆平稳固定于设备水冷旋转工件台, 校准水平度, 利用工件台旋转可调特性, 保障整片晶圆刻蚀均匀性, 杜绝局部残留问题


第二步: 腔体高真空预处理: 设备启动真空系统，抽取腔体空气至标准刻蚀真空环境，规避杂质, 水汽对刻蚀效果的影响, 保障制程洁净度.

第三步: 离子源起辉稳定: 通入高纯氩气, 离子源生成均匀, 平行的高能Ar⁺离子束, 束流稳定, 覆盖面均匀, 适配4寸晶圆全域加工

第四步: 10分钟一体化刻蚀, 离子束精准轰击晶圆表面, 依次物理溅射剥离上层 Cu金属层, 下层 Ti 粘附层, 持续刻蚀 10分钟即可彻底清除双层金属薄膜, 完整露出硅衬底. 全程工件台匀速旋转, 有效抵消离子束速率偏差, 全片刻蚀一致性优异, 刻蚀均匀性 2.03%.


第五步: 降温取样检测: 刻蚀完成后关闭离子束, 腔体换气降温, 取出晶圆后表面洁净, 无金属残留, 无衬底划伤与过度损伤

三、上海伯东 20IBE-C 离子束刻蚀机 MEMS刻蚀工艺核心优势
1. 高效制程, 10分钟双层同步去除: 摒弃传统分步刻蚀模式, 单次制程即可完成 Ti+Cu 双层金属整层剥离, 大幅缩短MEMS 芯片加工周期, 提升生产效率.

2. 纯物理刻蚀, 零化学残留: 全程无酸碱腐蚀药液, 无化学反应, 依靠离子束溅射剥离材料, 晶圆表面洁净度高, 无化学残留污染, 适配高精密MEMS器件制造标准.

3. 硅衬底低损伤, 器件良率高: 可精准调节离子束能量, 角度与束流参数, 在保证金属完全刻除的前提下, 最大限度降低对硅衬底的轰击损伤, 保障 MEMS 芯片结构完整性与性能稳定性.

4. 4寸晶圆均匀性优异: 适配 4英寸标准硅片全域加工, 全片无局部残留, 无刻蚀不均问题, 工艺一致性, 重复性强, 适配研发打样与批量生产

5. 材料普适性广: 除 Ti, Cu 金属外, 设备可兼容 Au, Cr, Pt, Ni 等各类金属, 合金及薄膜材料刻蚀, 可满足 MEMS 多种多层薄膜结构加工需求.

20IBE-C 离子束刻蚀机的 Ti/Cu 快速刻蚀工艺, 广泛适配各类 MEMS 微机电产品：MEMS 加速度传感器, 陀螺仪, 微流控芯片, 射频MEMS器件, 微电极结构, 光学 MEMS 芯片等. 无论是整片薄膜去除, 结构返工剥离, 还是精密图形化刻蚀制程, 均可实现稳定, 高效, 高精度加工

针对硅衬底 Ti/Cu 双层金属层去除难题, 上海伯东 20IBE-C 离子束刻蚀机 10分钟快速刻蚀工艺彻底解决了湿法腐蚀,  RIE 刻蚀的工艺短板, 凭借高效, 洁净, 低损伤, 高均匀性的优势，成为 MEMS 芯片金属薄膜加工的优选工艺方案. 在MEMS器件高精度, 微型化的发展趋势下, 20IBE-C 离子束刻蚀机将持续赋能半导体微纳加工领域, 为各类精密薄膜刻蚀, 结构图形化制程提供稳定可靠的设备与工艺支撑, 满足高校科研院所, 半导体,光通讯行业需求.

自 1970年至今, Hakuto 伯东已累计交付约 500套IBE离子束刻蚀机. 刻蚀机可配置德国 Pfeiffer 涡轮分子泵.上海伯东也是美国 KRi 离子源中国总代理, KRi 离子源适用于各类真空设备, 实现离子清洗 PC, 离子蚀刻 IBE, 辅助镀膜 IBAD, 离子溅射镀膜 IBSD 和离子束抛光 IBF 等工艺.

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