离子束刻蚀系统

离子束刻蚀系统为一种在物理学、工程与技术科学基础学科、电子与通信技术领域得到应用的工艺试验仪器，其启用于2005年10月1日。

离子束刻蚀系统原理：

氩气在辉光放电原理的作用下被分解为氩离子，氩离子通过阳极电场的加速物理轰击样品表面来使得刻蚀的作用达到。往离子源放电室充入氩气并且使其电离使得等离子体形成，然后通过栅极引出离子呈束状并且加速，往工作室进入一定能量的离子束，往固体表面射向对固体表面原子进行轰击，使材料原子发生溅射，使刻蚀目的达到，属于纯物理刻蚀。

离子束刻蚀系统技术指标：

各种金属以及氧化物等复杂体系的刻蚀等为离子束刻蚀系统的主要应用，在物理，生物，化学，材料，电子等领域得到了非常广泛的应用。

装片：一片6英寸，向下兼容任意规格样品

极限真空：8.5e-5 帕（ 45分钟从 atm 抽至 5e-4 帕 ）

基底冷却温度：5-25摄氏度

样品台旋转：自转 9 rpm， 倾斜 0 - 90度

离子能量：100 - 650 电子伏特

束流密度：0.2 - 0.7 毫安/平方厘米

刻蚀均匀性：±5% （ 4英寸 ）

离子束刻蚀系统主要用途：

物理刻蚀的方式为离子束刻蚀系统所采用，任何材料各向异性的刻蚀经过电场加速的离子束能够实现，并且能够按照倾角不同对侧壁形貌进行调整与使被溅射材料的再沉积污染减少

离子束刻蚀系统特点

1、金属和化合物,无机物和有机物,绝缘体和半导体都可以，刻蚀材料对其没有限制。

2、刻蚀过程中能够通过对离子束入射角的改变来对图形轮廓进行控制。

3、有好的方向性，各向异性，有着非常高的陡直度。

4、有着较高的分辨率，能够达到0.01微米。

离子束刻蚀系统为一种在物理学、工程与技术科学基础学科、电子与通信技术领域得到应用的工艺试验仪器，其启用于2005年10月1日。

离子束刻蚀系统概念

离子束刻蚀也能够被叫做离子铣，是指当定向高能离子撞击固体靶时，能量由入射离子往固体表面原子上转移，若固体表面原子间结合能比入射离子能量低时，固体表面原子就会由表面上被除掉或者被移开。一般来说，惰性气体为离子束刻蚀所用的离子的来源。

10纳米为离子束zui小直径，离子束刻蚀的结构zui小可能不会比10纳米低。聚焦离子束刻蚀的束斑能够达到低于100纳米，zui少能够达到10纳米，使zui小线宽12纳米的加工结果获得。与电子与固体相互作用相比较，在固体中离子具有较小的散射效应，并且低于50纳米的刻蚀可以通过较快的直写速度来进行，所以纳米加工的一种理想方法为聚焦离子束刻蚀。

除此以外在计算机控制下的无掩膜注入，甚至无显影刻蚀，对各种纳米器件结构的直接制造为焦离子束技术的另一优点。然而，在离子束加工过程中，有着较为突出的损伤问题，并且对于控制离子束加工精度比较困难，也没有足够高的控制精度。

离子束刻蚀系统主要功能

SiO2、Si、SiN、Mo、MoSi、Ta、TaSi、HfO2、光刻胶和多种金属等均能够进行刻蚀，也就是在玻璃或石英等基片上对衍射光学元件进行刻蚀，微细加工的一种重要手段就是离子束刻蚀。

离子束刻蚀系统是一种用于物理学、工程与技术科学基础学科、电子与通信技术领域的工艺试验仪器，于2005年10月1日启用。

离子束刻蚀系统优点

离子束刻蚀包括定向性和普适性这两个较为重要的优点。

离子束刻蚀系统的普适性

离子束刻蚀系统能够用来对包括很多化合物和合金材料等各种不同类型的材料进行刻蚀，就算适当的挥发性刻蚀生成物它们没有。靶的刻蚀速率因为材料差异所造成的变化通过不会超过三倍。所以离子束刻蚀系统在制作YBaCuO、InAlGaAs以及其他三元化合物和四元化合物的材料体系中得到了非常广泛的应用。

离子束刻蚀系统的定向性

刻蚀的定向性是因为离子束中的离子是利用一个强垂直电场来加速的，反应室中有非常低的压力，所以原子间的碰撞几乎完全不可能，结果，当原子往晶圆片表面撞击时，其速度和完全垂直相近。由于其不关联化学特性，所以对任何材料均能够做各向异性刻蚀。

离子束刻蚀系统设备参数：

1、系统极限真空度不超过1e-4帕，腔体真空度为5e-4帕，离子束工作真空度大约为5e-4帕，到达本底真空时间不超过半小时。

2、由阴极、阳极、屏栅、加速栅、中和及耦合各个模块共同组成全自动组合离子源电源。

3、离子源离子束直径为11厘米，zui大束流为350毫安，束流能量为50-1500电子伏特。Ar工作气体，热解石墨双栅极配置，等离子桥中和器进行束流中和。

4、样品台水冷并且能够使得旋转和倾斜实现，样品zui大尺寸为φ100毫米，工艺过程中表面温度要比100摄氏度低，旋转0-9rpm，倾斜角0-90摄氏度，刻蚀距离：150-160纳米。

离子束刻蚀系统为一种在物理学、工程与技术科学基础学科、电子与通信技术领域得到应用的工艺试验仪器，其启用于2005年10月1日。

离子束刻蚀系统介绍：

离子铣又叫做离子束刻蚀，为具有强方向性等离子体的一种物理刻蚀机理。小尺寸图形能够通过其使得各向异性刻蚀产生

一般通过电感耦合RF源或微波源产等离子体。快速运动的电子由热灯丝发射出。氩原子利用扩散筛往离子腔体内进入。电磁场对等离子体腔进行环绕。电子在磁场的作用下在圆形轨道上运动，电子与氩原子由于此种循环运动产生多次碰撞，从而使得大量的正氩离子产生，从格栅电极的等离子体源中引出正氩离子，并且利用一套校准的电极来使高密度束流形成。离子能量通过一个高压加速格栅被加到2500电子伏特

电子通过中和灯丝发射来复合氩原子来使硅片带上正离子电荷得以避免。离子束刻蚀机工作于1e-4托的低压氩气环境中。其的工作压力要比一般的高密度等离子体刻蚀的工作压力要低。对于刻蚀金、铂和铜等难刻蚀的材料使用离子束刻蚀。硅片能够倾斜来使不同的侧壁形状获得。其低选择比（一般比3:1低）与低产能的刻蚀速率为一个限制离子束刻蚀机在半导体工艺中广泛使用的主要问题。

离子束刻蚀系统技术指标

离子源、真空系统、反应室、气路系统、水冷系统五大部分共同组成离子刻蚀系统。

1．反应室尺寸：Ф325毫米

2．气路系统：2路进气（能够作清洗）；2个质量流量计，2路显示。

3．可加工片子尺寸：Ф150毫米以内。

4．均匀性：±5%

5.水温控制范围：5～25摄氏度。

6．离子源口径：Ф150毫米

7．有效离子束直径：Ф100毫米

8.离子束流密度：不低于1毫安/平方厘米

9.离子能量：150-1000电子伏特

10．真空系统：1500升/秒分子泵、11升/秒机械泵各1台。带真空计。

离子束刻蚀系统为一种在物理学、工程与技术科学基础学科、电子与通信技术领域得到应用的工艺试验仪器，其启用于2005年10月1日。

离子束刻蚀系统影响因素

真空应用有关的离子束刻蚀中，存在的主要问题包括加工质量与加工效率。其中刻蚀速率为加工效率的主要体现。

在离子束刻蚀中，通过单位时间内刻蚀的深度来表示刻蚀速率。总而言之，其和溅射率、到达表面的离子通量密度以及材料的原子密度相关联。

1、靶材的原子密集程度

离子束刻蚀的刻蚀速率和原子的密集程度成负相关，也就是在相同的溅射率下，越高的靶材密度，越小的原子量，就会有越低的刻蚀速率。

2、束流密度

刻蚀速率与束流密度成线性关系，即为当有着较低束流密度和离子能量，溅射率不会随着束流密度发生改变。当有过高的束流密度时，可能会对表面的某些物理化学状态有所破坏，会复杂化溅射过程，从而使得刻蚀速率由线性关系偏离。

3、溅射率

刻蚀速率和溅射率成正相关。残余气体的组分、温度、升华热、表面状态、晶格结构、靶材的种类、入射角度、能量、入射离子的种类均会影响具体的溅射率。离子束刻蚀用的入射离子能量一般为300-2000电子伏特。如果入射离子的能量增大，那么刻蚀速度就会增大，然而也会增加表面损伤。