1、概述

隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展,，芯片圖形精度越來越高,，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）,，需要不同的激勵方式和激勵條件。對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,，是目前國內(nèi)外廣泛用戶應(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)是一種能對固體材料表面進(jìn)行納米,、微米量級加工的微加工設(shè)備,，是在國外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代微加工設(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,，從表面移出一個或多個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,，一個離子從表面移出一個原子，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,、束流檢測檔板（快門）、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、對材料無選擇性,，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，無污染,。系統(tǒng)操作維護(hù)簡單,，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：單軸旋轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)／分，相對軸傾斜0～90°可調(diào),。工作臺面直接水冷,，臺面直徑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,、快門擋板：計(jì)算機(jī)自動控制。

⑧,、系統(tǒng)互鎖：包括電子的,、硬件的和氣動安全互鎖。

5,、典型應(yīng)用

離子束干法刻蝕對基片損傷小,、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

離子束刻蝕對材料無選擇性，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)線條的線寬損失小,；離子束刻蝕只用氬氣,，不用反應(yīng)氣體，工藝安全,，對環(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,。