反應(yīng)離子刻蝕的原理

在反應(yīng)離子刻蝕中，氣體放電產(chǎn)生的等離子體中有大量化學(xué)活性的氣體離子，這些離子與材料表面相互作用導(dǎo)致表面原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成可揮發(fā)產(chǎn)物。這些揮發(fā)產(chǎn)物隨真空抽氣系統(tǒng)被排走。隨著材料表層的“反應(yīng)-剝離-排放”的周期循環(huán)，材料被逐層刻蝕到特定深度。除了表面化學(xué)反應(yīng)外，帶能量的離子轟擊材料表面也會使表面原子濺射，產(chǎn)生一定的刻蝕作用。所以，反應(yīng)離子刻蝕包括物理和化學(xué)刻蝕兩者的結(jié)合。

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離子刻蝕簡介

離子刻蝕是利用高能量惰性氣體離子轟擊被刻蝕物體的表面，達(dá)到濺射刻蝕的作用。因?yàn)椴捎眠@種方法，所以可以得到非常小的特征尺寸和垂直的側(cè)壁形貌。這是一種“通用”的刻蝕方式，可以在任何材料上形成圖形。它的弱點(diǎn)是刻蝕速度較低，選擇性比較差。傳導(dǎo)耦合性等離子體刻蝕的優(yōu)勢在于刻蝕速率高、良好的物理形貌和通過對反應(yīng)氣體的選擇，達(dá)到針對光刻膠和襯底的高選擇比。一般用于對特征形貌沒有要求的去膠(ashing，灰化)工藝。反應(yīng)離子刻蝕是上述兩種刻蝕方法相結(jié)合的產(chǎn)物，它是利用有化學(xué)反應(yīng)性氣體產(chǎn)生具有化學(xué)活性的基團(tuán)和離子。經(jīng)過電場加速的高能離子轟擊被刻蝕材料，使表面受損，提高被刻蝕材料表面活性，加速與活性刻蝕反應(yīng)基團(tuán)的反應(yīng)速度，從而獲得較高的刻蝕速度。這種化學(xué)和物理反應(yīng)的相互促進(jìn)，使得反應(yīng)離子刻蝕具有上述兩種干法刻蝕所沒有的優(yōu)越性：良好的形貌控制能力(各向異性)、較高的選擇比、可以接受的刻蝕速率。因此在于法刻蝕工藝中反應(yīng)性離子刻蝕得到廣泛應(yīng)用。

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離子束刻蝕機(jī)

加工

離子束刻蝕可達(dá)到很高的分辨率，適合刻蝕精細(xì)圖形。離子束加工小孔的優(yōu)點(diǎn)是孔壁光滑，鄰近區(qū)域不產(chǎn)生應(yīng)力和損傷能加_工出任意形狀的小孔，且孔形狀只取決于掩模的孔形。

加工線寬為納米級的窄槽是超精微加工的需要。如某零件要求在10nm的碳膜上，用電子束蒸鍍10nm的金一鋁(60/40)膜。

首先將樣品置于真空系統(tǒng)中，其表面自然形成---種污染抗蝕劑掩模，用電子束曝光顯影后形成線寬為8nm的圖形，然后用ya離子束刻蝕，離子束流密度為0.1mA/cm， 離子能量是1keV;另一種是在20nm厚的金一鈀膜上刻出線寬為8nm的圖形、深寬比提高到2.5:10。 由此可見離子束加工可達(dá)到很高的精度。

表面拋光

離子束能完成機(jī)械加工中的后一道工序一-精拋光，以消除機(jī)械加工所產(chǎn)生的刻痕和表面應(yīng)力。加工時(shí)只要嚴(yán)格選擇濺射參數(shù)(入射離子能量、離子質(zhì)量、離子入射角、樣品表面溫度等)，光學(xué)零件就可以獲得較佳的表面質(zhì)量，且散射光較小。離子束拋光激光棒和光學(xué)元件的表面，表面可以達(dá)到較高的均勻和一致性，而且元件本身在工藝過程中也不會被污染。