離子束刻蝕（IBE）技術

1.離子束刻蝕（IBE）技術的原理？

離子束刻蝕（IBE，Ion Beam Etching）也稱為離子銑（IBM，Ion Beam Milling），也有人稱之為離子濺射刻蝕，是利用輝光放電原理將氬氣分解為氬離子，氬離子經(jīng)過陽極電場的加速對樣品表面進行物理轟擊，以達到刻蝕的作用。刻蝕過程即把Ar氣充入離子源放電室并使其電離形成等離子體，然后由柵極將離子呈束狀引出并加速，具有一定能量的離子束進入工作室，射向固體表面轟擊固體表面原子，使材料原子發(fā)生濺射，達到刻蝕目的，屬純物理刻蝕。工件表面有制備溝槽的掩膜，最后裸露的部分就會被刻蝕掉，而掩膜部分則被保留，形成所需要的溝槽圖形。

離子束刻蝕使高方向性的中性離子束能夠控制側(cè)壁輪廓，優(yōu)化納米圖案化過程中的徑向均勻性和結(jié)構(gòu)形貌。另外傾斜結(jié)構(gòu)可以通過傾斜樣品以改變離子束的撞擊方向這一獨特能力來實現(xiàn)。

在離子束刻蝕過程中，通常情況下，樣品表面采用厚膠作為掩模層，刻蝕期間富有能量的離子流會使得基片和光刻膠過熱。為了便于后面光刻膠的剝離清洗，一般需要對樣品臺進行冷卻處理，使整個刻蝕過程中溫度控制在一個比較好的范圍。

 

圖1 離子束刻蝕設備結(jié)構(gòu)圖

圖2 離子束刻蝕工藝原理圖

 

2.離子束刻蝕（IBE）適合的材料體系？

可用于刻蝕加工各種金屬（Ni、Cu、Au、Al、Pb、Pt、Ti等）及其合金，以及非金屬、氧化物、氮化物、碳化物、半導體、聚合物、陶瓷、紅外和超導等材料。

目前離子束刻蝕在非硅材料方面優(yōu)勢明顯，在聲表面波、薄膜壓力傳感器、紅外傳感器等方面具有廣泛的用途。

 

3. 離子束刻蝕（IBE）技術的優(yōu)點和缺點？

a 優(yōu)點：

（1）方向性好、無鉆蝕、陡直度高；

 （2）刻蝕速率可控性好，圖形分辨率高，可達0.01um；

 （3）屬于物理刻蝕，可以刻蝕各種材料（Si、SiO2、GaAs、Ag、Au、光刻膠等）；

 （4）刻蝕過程中可改變離子束入射角來控制圖形輪廓，加工特殊的結(jié)構(gòu)；

b 缺點：

 （1）刻蝕速率慢、效率比ICP更低；

 （2）難以完成晶片的深刻蝕；

 （3）屬于物理刻蝕，常常會有過刻的現(xiàn)象。

 

4.反應離子束刻蝕（RIBE）技術簡介及優(yōu)點？

反應離子束刻蝕（RIBE）是在離子束刻蝕的基礎上，增加了腐蝕性氣體，因此它不但保留了離子束物理刻蝕能力，還增加了腐蝕性氣體（氟基氣體、O2）離化后對樣品的化學反應能力（反應離子束刻蝕：RIBE），也支持腐蝕性氣體非離化態(tài)的化學輔助刻蝕能力（化學輔助離子束刻蝕：CAIBE），對適用于化學輔助的材料可以大幅度提升刻蝕速率，提高刻蝕質(zhì)量。

 

5. 離子束刻蝕（IBE）的案例展示

典型應用：

1、三族和四族光學零件

2、激光光柵

3、高深寬比的光子晶體刻蝕

4、在二氧化硅、硅和金屬上深溝刻蝕

5、微流體傳感器電極

6、測熱式微流體傳感器