Hakuto 伯东离子刻蚀机 IBE 应用案例发布日期：2026-02-12

上海伯东铌酸锂（LiNbO₃）单晶薄膜光子集成芯片 IBE 刻蚀应用

1. 应用背景与挑战

铌酸锂（LiNbO₃，LN）是高速光调制器、光量子计算芯片和数据中心光互联的核心材料。单晶薄膜铌酸锂的出现解决了传统体材料调制效率低、集成度差的问题。

铌酸锂的化学惰性是全球光子集成领域的共性技术瓶颈。 采用常规 ICP-RIE 反应离子刻蚀，因铌酸锂与卤素气体反应速率极低、侧壁粗糙度高、掩模选择性差，难以实现纳米级波导的垂直刻蚀。

离子束刻蚀（IBE）因其纯物理溅射机制，被产业界公认为铌酸锂薄膜图形化的基准工艺方案。 上海伯东代理的日本 NS IBE 离子束刻蚀机针对铌酸锂刻蚀已形成完整的技术方案，刻蚀均匀性可达 ≤±5%（部分条件 ≤±3%），支持 4~8 英寸晶圆。

2. 工艺难点与 IBE 解决方案

工艺难点	传统刻蚀方法存在的问题	日本 NS IBE 解决方案	上海伯东设备对应技术优势
铌酸锂化学惰性	ICP/RIE 刻蚀速率极低，侧壁粗糙，掩模选择性差	纯物理溅射，离子动能直接轰击刻蚀	完全绕过化学反应限制，适用于任何难刻蚀材料
薄膜衬底兼容性	HF 腐蚀液快速刻蚀 SiO₂ 埋氧层，导致薄膜剥落	湿法兼容工艺：通过 IBE 预辐照调控，适配 KOH 基选择性腐蚀液	载台冷却系统可精确控制辐照温升，确保工艺窗口
纳米级光栅/波导	传统湿法无法实现垂直侧壁，波导传输损耗高	垂直离子束入射 + 高分辨率掩模，实现纳米级脊形波导	离子束角度 0° 垂直可调，配合干式吸盘固定
大面积图形化均匀性	FIB 聚焦离子束仅适用于小面积原型验证，效率低	IBE 全场刻蚀，支持 4~6 英寸晶圆批量加工	行星旋转载台，整片刻蚀均匀性 ≤±3%~±5%
光量子芯片工艺	需要极低损伤、原子级平滑侧壁	优化离子能量与角度，减少再沉积与沟槽效应	纳米级刻蚀精度，已验证光子晶体谐振腔应用

3. 关键工艺参数与设备技术指标

下表依据上海伯东 Hakuto IBE 设备技术规格书及产业界公开技术共识整理：

NS IBE 离子刻蚀机

参数类别	具体参数	指标数据
材料体系	刻蚀对象	单晶薄膜铌酸锂（LiNbO₃）及同类铌酸盐材料
图形化方案	核心工艺路线	IBE + 高分辨率曝光（EBL/光刻）
刻蚀方法	物理刻蚀机制	纯离子束溅射刻蚀
湿法兼容性	后续腐蚀液适配	可兼容KOH基选择性腐蚀体系，保护SiO₂埋氧层
应用器件	制备结构	纳米脊形波导、光子晶体波导、微盘谐振腔、光栅耦合器
刻蚀均匀性	片内/片间	≤±3% ~ ±5%
载台技术	冷却与固定	直接/间接冷却载台，干式橡胶卡盘
离子束角度	可调范围	±90° 任意调整
适用晶圆尺寸	规格支持	4英寸、6英寸、8英寸
适用机型	研发/量产	10IBE（研发）、20IBE-C（量产）

4. 产业应用实绩

铌酸锂薄膜光子集成芯片的图形化是 IBE 离子束刻蚀技术的标志性应用场景，全球多家领先光电子研发机构与制造企业已采用该方案：

a. 高速光调制器芯片：用于数据中心、5G前传等场景，IBE工艺实现低损耗脊形波导，满足100G/400G速率要求

b. 光量子计算芯片：应用于量子通信、量子模拟领域，IBE技术支撑高保真度光子纠缠源与量子干涉器件制备

c. 激光雷达光学芯片：面向自动驾驶，IBE工艺实现大深宽比光栅耦合器与波导阵列

d. 薄膜铌酸锂产学研平台：国内多所高校及研究院所采用10IBE研发型设备进行先进光子器件原型验证

上海伯东 Hakuto IBE 设备的核心技术优势——纯物理刻蚀机制、宽范围离子束角度调节、行星旋转载台与高效冷却系统——与铌酸锂光子芯片研发及量产线的工艺需求高度匹配。

5. 结论

铌酸锂薄膜因其优异的电光、非线性光学性能，已成为下一代光子集成芯片的核心平台材料。其图形化工艺长期受限于材料化学惰性，IBE 离子束刻蚀是当前产业界公认的、成熟的规模化解决方案。

上海伯东代理的日本 NS 10IBE/20IBE-C 离子束刻蚀机，凭借纯物理刻蚀、纳米级精度、优异均匀性与成熟量产平台等综合优势，已成功服务于全球多家领先光电子研发机构与制造企业，覆盖从原型验证到规模量产的全链条需求。

本应用案例充分证明：IBE 离子束刻蚀技术是铌酸锂光子集成芯片从实验室走向产业化的关键使能工艺，上海伯东 Hakuto IBE 设备为该领域的研发与量产提供了可靠、可复现的基准平台。

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