1、概述

隨著半導體器件的發展，芯片圖形精度越來越高，常規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、離子束發生器、離子引出和加速系統、離子中和器、束流檢測檔板（快門）、真空系統、供氣及其控制系統、電源裝置、計算機控制系統等主要部件組成

3、設備的主要性能特點

①、系統由計算機控制，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，保證系統在5×10-5～2×10-4 mbar的工作壓力下穩定工作。

⑦、工藝安全，無污染。系統操作維護簡單，運行成本低。

4、主要技術參數

①、離子束發生器：能量0～1200ev連續可調，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：機械泵、分子泵、主閥、組合閥系統。

④、極限真空：5×10-6mbar。

⑤、送氣系統：恒壓送氣，數字質量流量計精確控制。

⑥、離子束供電系統：精密恒流恒壓電源。

⑦、快門擋板：計算機自動控制。

⑧、系統互鎖：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。