1、概述

隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，芯片圖形精度越來(lái)越高，常規(guī)的濕法腐蝕由于難以避免的橫向鉆蝕，已不能滿(mǎn)足高精度細(xì)線條圖形刻蝕的要求，于是逐步發(fā)展了一系列干法刻蝕技術(shù)。應(yīng)用較普遍的有等離子刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、二極濺射刻蝕、離子束刻蝕(也稱(chēng)離子銑)。

等離子刻蝕是在濕法腐蝕技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，屬于純化學(xué)性腐蝕。這種方法腐蝕均勻性好、損傷小，缺點(diǎn)是各向刻蝕同性，對(duì)于1μm以下的細(xì)線條線寬損失明顯。所以，在等離子刻蝕的基礎(chǔ)上改進(jìn)反應(yīng)結(jié)構(gòu)和接電方式，出現(xiàn)了反應(yīng)離子刻蝕。該方法加快了縱向的腐蝕速度，具有各向異性的腐蝕特點(diǎn)。對(duì)于1μm以下的細(xì)線條的腐蝕線寬損失較小。以上兩種腐蝕方法都離不開(kāi)反應(yīng)氣體，刻蝕不同材料需要不同的反應(yīng)氣體及組分（反應(yīng)氣體一般是氯化物或氟化物），需要不同的激勵(lì)方式和激勵(lì)條件。對(duì)于很難找到合適反應(yīng)氣體的有些材料（如Pt），往往采用純物理作用的二極濺射刻蝕或離子束刻蝕。二極濺射采用直流方法使氣體分子電離，離子對(duì)基片轟擊引起的損傷大，刻蝕速率低。而離子束刻蝕是一種由離子源提供離子，離子能量低、密度大，對(duì)基片損傷小，刻蝕速率快的先進(jìn)加工方法。這種方法刻蝕的各向異性非常好、圖形轉(zhuǎn)移精度高，不用反應(yīng)氣體，工藝安全，工藝參數(shù)可控性好，是目前國(guó)內(nèi)外廣泛用戶(hù)應(yīng)用的一種精密細(xì)致的干法刻蝕方法。

制造薄膜壓力傳感器的離子束刻蝕系統(tǒng)是一種能對(duì)固體材料表面進(jìn)行納米、微米量級(jí)加工的微加工設(shè)備，是在國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代微加工設(shè)備。該設(shè)備可進(jìn)行微結(jié)構(gòu)圖形的離子銑、材料表面的精密微拋光、微形或異形孔的加工、材料表面的微結(jié)構(gòu)加工、材料減薄和原子級(jí)潔凈處理等微細(xì)加工。該設(shè)備適用于各種超導(dǎo)材料、微光學(xué)器件、晶體材料等精密器件的離子銑、干法蝕刻、拋光、減薄以及現(xiàn)代微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS、集成電路、傳感器、光電器件、紅外器件、聲光器件、聲電器件、磁電器件、聲表面波器件、微電子器件以及醫(yī)用生物制品等精密微細(xì)蝕刻、減薄、拋光等加工，是一種多功能精密微細(xì)離子加工設(shè)備。該設(shè)備具有高分辨率、高精度幾何圖形轉(zhuǎn)移能力，各向異性刻蝕，適用任何材料，是制造各種高精度器件的理想設(shè)備。

2、刻蝕設(shè)備的工作原理

離子束刻蝕是用離子轟擊工件并把能量轉(zhuǎn)換到工件表面，從表面移出一個(gè)或多個(gè)原子的一種加工方式。即從離子源把離子引入到真空室中，離子平行且被加速地照射到工件上，從工件表面移出原子。在理想情況下，一個(gè)離子從表面移出一個(gè)原子，而不干擾任何鄰近的原子。

離子刻蝕機(jī)由真空加工室、離子束發(fā)生器、離子引出和加速系統(tǒng)、離子中和器、束流檢測(cè)檔板（快門(mén)）、真空系統(tǒng)、供氣及其控制系統(tǒng)、電源裝置、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等主要部件組成

3、設(shè)備的主要性能特點(diǎn)

①、系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)觸摸屏操作，參數(shù)設(shè)置靈活，可控性好。

②、采用特別技術(shù)離子束產(chǎn)生器，能量精確可控，適用不同產(chǎn)品蝕刻、拋光、減薄等形式加工，產(chǎn)品加工均勻性好。

③、獨(dú)特的柵網(wǎng)設(shè)計(jì)，保證束流的均勻性和穩(wěn)定性，產(chǎn)品加工一致性和重復(fù)性好。

④、對(duì)材料無(wú)選擇性，任何固體材料都可加工。

⑤、工件加工角度可在0°～90°之間任意變化。

⑥、6×10-6mbar無(wú)油超真空系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在5×10-5～2×10-4 mbar的工作壓力下穩(wěn)定工作。

⑦、工藝安全，無(wú)污染。系統(tǒng)操作維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低。

4、主要技術(shù)參數(shù)

①、離子束發(fā)生器：能量0～1200ev連續(xù)可調(diào)，束流0～120ma，出口束直徑Φ120mm。   

②、綜合工作臺(tái)：?jiǎn)屋S旋轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)／分，相對(duì)軸傾斜0～90°可調(diào)。工作臺(tái)面直接水冷，臺(tái)面直徑Ф130mm。

③、真空系統(tǒng)：機(jī)械泵、分子泵、主閥、組合閥系統(tǒng)。

④、極限真空：5×10-6mbar。

⑤、送氣系統(tǒng)：恒壓送氣，數(shù)字質(zhì)量流量計(jì)精確控制。

⑥、離子束供電系統(tǒng)：精密恒流恒壓電源。

⑦、快門(mén)擋板：計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。

⑧、系統(tǒng)互鎖：包括電子的、硬件的和氣動(dòng)安全互鎖。

5、典型應(yīng)用

離子束干法刻蝕對(duì)基片損傷小、刻蝕速率快、各向異性非常好、圖形轉(zhuǎn)移精度高、不用反應(yīng)氣體、工藝安全、工藝參數(shù)可控性好，是目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的一種精細(xì)刻蝕方法。該系統(tǒng)已成為微電子技術(shù)領(lǐng)域重要的加工設(shè)備之一，是力敏、溫敏、氣溫、磁敏、濕敏等薄膜傳感器和磁性器件、磁光波導(dǎo)、磁存貯器、金屬異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)器件、太陽(yáng)能電池、聲表面波器件、高溫超導(dǎo)器件等微納器件的理想蝕刻、拋光、減薄設(shè)備。

6、結(jié)束語(yǔ)

離子束刻蝕對(duì)材料無(wú)選擇性，在固定離子束入射角的情況下，刻蝕速率主要與被刻材料有關(guān)，并隨離子束的能量和束流密度的增加而增加，離子束的能量和束流密度分別可調(diào)，所以工藝參數(shù)可控性好，容易得到較好的工藝均勻性和重復(fù)性；由于離子束刻蝕是各向異性腐蝕，所以圖形轉(zhuǎn)移精度高，細(xì)線條的線寬損失??；離子束刻蝕只用氬氣，不用反應(yīng)氣體，工藝安全，對(duì)環(huán)境污染小，運(yùn)轉(zhuǎn)成本低，尤其適用于采用化學(xué)方法難以刻蝕的材料的刻蝕及精密的薄膜刻蝕。