等离子体刻蚀技术是一种通过等离子体或离子束实现材料选择性去除的工艺，具有高精度、高重复性等特点，广泛应用于半导体、MEMS和光学器件制造等领域。在半导体制造工序中，等离子体刻蚀工艺被用于图形转移，即通过去除未被光刻胶或其他掩膜材料保护的下层材料而实现图案的向下转移。等离子体刻蚀可以应用于金属、二氧化硅、 氮化硅、多晶硅、碳化硅、氮化镓等诸多材料的刻蚀图形化处理。根据等离子体的刻蚀作用差异，等离子体刻蚀机制分类及特点如表1-1所示。

表1-1等离子体刻蚀机制

等离子体刻蚀过程同时涉及物理溅射、化学刻蚀、离子辅助化学刻蚀，大多数等离子体刻蚀应用主要依靠离子辅助化学刻蚀。在此过程中，离子轰击具有两个功能：第一个是打破材料表面上的原子键，并在表面产生具有化学活性的悬挂键，从而增加化学反应速率。第二个是将沉积在反应界面上的反应产物分离，即产物的脱附，以便反应粒子与材料表面保持接触。如果沉积在刻蚀结构侧壁上的反应产物无法通过定向离子轰击有效去除，就会因为纵向刻蚀与横向刻蚀的速率比变大，从而导致各向异性蚀刻。

反应表面等离子刻蚀过程如图1-1所示：

图1-1等离子体刻蚀表面反应机制示意图

刻蚀中腔室内完整刻蚀过程大致包含如下步骤，如图1-2所示，主要包含五个过程。

图1-2等离子刻蚀过程简化流程图

（1）设备就绪：根据设定的温度和腔压参数，设备需要先进行升降温及抽气等操作，待腔内环境达到预设值并稳定。

（2）工艺气体进入刻蚀腔：根据设定的气体流量参数，气体质量流量控制器（Mass Flow Controller, MFC）对进气进行控制，由于进气后腔内气压会存在波动，此时真空系统将再次调整腔压至预设值。

（3）等离子体生成：射频源启动并进行阻抗匹配以减少能量损失，此时可以观察到辉光放电现象，辉光放电发生在反应的全过程中，每种气体都有典型的辉光放电颜色， 若颜色有误，通常是气体的纯度出现问题。此时气体发生离子化、分解、激发与弛豫过程，典型过程如图(2.1)到式(2.4)所示：

其中A、B均代指原子，A*代表激发态原子，h为普朗克常量，v为光的频率。 

（4）表面反应：等离子体产生后活性自由基、正离子在偏压电场作用下到达晶圆表面并发生刻蚀，包含图1-2所示的三种刻蚀过程，反应过程伴随粒子的表面吸附、解吸附，产物的解吸附和再沉积。

（5）产物移出：真空系统始终保持腔室内气压稳定，绝大部分产物随抽气系统排出反应腔，部分产物可能吸附在腔室内壁上，需要定期处理。