离子束刻蚀（IBE）技术研究

离子束刻蚀（IBE）技术研究

1.离子束刻蚀（IBE）技术的原理？

离子束刻蚀（IBE，Ion Beam Etching）也称为离子铣（IBM，Ion Beam Milling），也有人称之为离子溅射刻蚀，是利用辉光放电原理将氩气分解为氩离子，氩离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击，以达到刻蚀的作用。刻蚀过程即把Ar气充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面轰击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理刻蚀。工件表面有制备沟槽的掩膜，最后裸露的部分就会被刻蚀掉，而掩膜部分则被保留，形成所需要的沟槽图形。

离子束刻蚀使高方向性的中性离子束能够控制侧壁轮廓，优化纳米图案化过程中的径向均匀性和结构形貌。另外倾斜结构可以通过倾斜样品以改变离子束的撞击方向这一独特能力来实现。

在离子束刻蚀过程中，通常情况下，样品表面采用厚胶作为掩模层，刻蚀期间富有能量的离子流会使得基片和光刻胶过热。为了便于后面光刻胶的剥离清洗，一般需要对样品台进行冷却处理，使整个刻蚀过程中温度控制在一个比较好的范围。

图1 离子束刻蚀设备结构图

图2 离子束刻蚀工艺原理图

2.离子束刻蚀（IBE）适合的材料体系？

可用于刻蚀加工各种金属（Ni、Cu、Au、Al、Pb、Pt、Ti等）及其合金，以及非金属、氧化物、氮化物、碳化物、半导体、聚合物、陶瓷、红外和超导等材料。

目前离子束刻蚀在非硅材料方面优势明显，在声表面波、薄膜压力传感器、红外传感器等方面具有广泛的用途。

3. 离子束刻蚀（IBE）技术的优点和缺点？

a 优点：

 （1）方向性好、无钻蚀、陡直度高；

 （2）刻蚀速率可控性好，图形分辨率高，可达0.01um；

 （3）属于物理刻蚀，可以刻蚀各种材料（Si、SiO2、GaAs、Ag、Au、光刻胶等）；

 （4）刻蚀过程中可改变离子束入射角来控制图形轮廓，加工特殊的结构；

b 缺点：

 （1）刻蚀速率慢、效率比ICP更低；

 （2）难以完成晶片的深刻蚀；

 （3）属于物理刻蚀，常常会有过刻的现象。

4.反应离子束刻蚀（RIBE）技术简介及优点？

反应离子束刻蚀（RIBE）是在离子束刻蚀的基础上，增加了腐蚀性气体，因此它不但保留了离子束物理刻蚀能力，还增加了腐蚀性气体（氟基气体、O2）离化后对样品的化学反应能力（反应离子束刻蚀：RIBE），也支持腐蚀性气体非离化态的化学辅助刻蚀能力（化学辅助离子束刻蚀：CAIBE），对适用于化学辅助的材料可以大幅度提升刻蚀速率，提高刻蚀质量。

5. 离子束刻蚀（IBE）的案例展示  

典型应用：

1、三族和四族光学零件

2、激光光栅

3、高深宽比的光子晶体刻蚀

4、在二氧化硅、硅和金属上深沟刻蚀

5、微流体传感器电极

6、测热式微流体传感器