1、概述

隨著半導體器件的發(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。應用較普遍的有等離子刻蝕、反應離子刻蝕、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基礎上發(fā)展起來的，屬于純化學性腐蝕。這種方法腐蝕均勻性好、損傷小，缺點是各向刻蝕同性，對于1μm以下的細線條線寬損失明顯。所以，在等離子刻蝕的基礎上改進反應結構和接電方式，出現了反應離子刻蝕。該方法加快了縱向的腐蝕速度，具有各向異性的腐蝕特點。對于1μm以下的細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氣體，刻蝕不同材料需要不同的反應氣體及組分（反應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，刻蝕速率快的先進加工方法。這種方法刻蝕的各向異性非常好、圖形轉移精度高，不用反應氣體，工藝安全，工藝參數可控性好，是目前國內外廣泛用戶應用的一種精密細致的干法刻蝕方法。

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行納米、微米量級加工的微加工設備，是在國外同類產品的基礎上發(fā)展起來的新一代微加工設備。該設備可進行微結構圖形的離子銑、材料表面的精密微拋光、微形或異形孔的加工、材料表面的微結構加工、材料減薄和原子級潔凈處理等微細加工。該設備適用于各種超導材料、微光學器件、晶體材料等精密器件的離子銑、干法蝕刻、拋光、減薄以及現代微電子機械系統(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蝕刻、減薄、拋光等加工，是一種多功能精密微細離子加工設備。該設備具有高分辨率、高精度幾何圖形轉移能力，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備。

2、刻蝕設備的工作原理

離子束刻蝕是用離子轟擊工件并把能量轉換到工件表面，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、計算機控制系統(tǒng)等主要部件組成

3、設備的主要性能特點

①、系統(tǒng)由計算機控制，通過觸摸屏操作，參數設置靈活，可控性好。

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

③、獨特的柵網設計，保證束流的均勻性和穩(wěn)定性，產品加工一致性和重復性好。

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)操作維護簡單，運行成本低。

4、主要技術參數

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

②、綜合工作臺：單軸旋轉10轉／分，相對軸傾斜0～90°可調。工作臺面直接水冷，臺面直徑Ф130mm。

③、真空系統(tǒng)：機械泵、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，數字質量流量計精確控制。

⑥、離子束供電系統(tǒng)：精密恒流恒壓電源。

⑦、快門擋板：計算機自動控制。

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、圖形轉移精度高、不用反應氣體、工藝安全、工藝參數可控性好，是目前國內外廣泛應用的一種精細刻蝕方法。該系統(tǒng)已成為微電子技術領域重要的加工設備之一，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、磁存貯器、金屬異質結結構器件、太陽能電池、聲表面波器件、高溫超導器件等微納器件的理想蝕刻、拋光、減薄設備。

6、結束語

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，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，所以工藝參數可控性好，容易得到較好的工藝均勻性和重復性；由于離子束刻蝕是各向異性腐蝕，所以圖形轉移精度高，細線條的線寬損失小；離子束刻蝕只用氬氣，不用反應氣體，工藝安全，對環(huán)境污染小，運轉成本低，尤其適用于采用化學方法難以刻蝕的材料的刻蝕及精密的薄膜刻蝕。