1.5　高能束刻蚀技术

（1 ）电子束刻蚀

利用电子束的化学效应进行刻蚀。用功率密度相当低的电子束照射工件表面,几乎不会引起表面温升,入射的电子与高分子材料的分子相碰撞时,会使其分子链断开或重新聚合,从而引起高分子材料的化学性质和分子量发生改变,利用这种效应,可以进行电子束曝光。曝光主要分两种,一种是电子束扫描型,将聚焦在1 μm以内的电子束在大约0.5～5mm的范围内扫描,可以曝光出任意图形；另一种是缩小投影型电子束曝光,使电子束先通过掩膜板,再以1／5～1／10的比例缩小后,投影到电子抗蚀剂上进行大规模集成电路图形曝光。电子束刻蚀是目前最好的高分辨率图形制作技术,在实验室条件下,最高能达到2 nm的特征尺寸,在生产中,一般也可达到0.5～1 μm的特征尺寸。

电子束加工要在真空条件下进行。在真空环境中,电子能高速运动,阴极不氧化,并可避免被加工表面被蒸气氧化。因为需要在真空中进行,所以有一定的局限性。

（2）离子束刻蚀

离子束刻蚀是利用惰性气体元素或其他元素的离子在电场中加速成高速离子束流,以其动能进行各种微细加工的方法,是在亚微米甚至毫微米级精度的加工中大有发展前途、工艺能力广泛的一种加工方法。可以分为：

①去除加工。首先把氩、氪或氙等惰性气体充入低真空度的电离室中,用高频放电或直流放电使之等离子化（即正离子数与负离子数相等的混合体）,在加速电极的作用下,离子从等离子体中呈束状被拉出来,从工件表面打出原子或分子来,这样可以直接完成工件加工面或图形的刻蚀。离子铣、离子抛光、离子减薄及离子溅射都采用这种原理。

②镀膜加工。把低能量的入射离子附着在工件表面上的微细加工称为离子附着加工。较典型的离子附着加工是离子镀膜加工。离子镀膜时,利用离子束冲击出来的原子或分子以极大的能量粘附在工件表面,因此镀覆强度高,镀层质量好。利用离子镀膜技术可以制成耐磨、耐蚀、耐热的表面强化膜以及电子、半导体和集成电路用薄膜。

③注入加工。离子注入是将离子加速到数十至数百千电子伏特（keV）能量后,轰击工件表面,到达工件表面层的高速离子进入原子间隙或以置换原子的形式嵌入工件表层并保留在表层的过程。在集成电路制作中,离子注入能控制掺杂量而获得集成电路均匀的电参数,在零件制造中,采用离子注入工艺可实现金属表层改性。

④离子束写图。与电子束曝光不同,电子束曝光时,影响分辨率的主要因素是感光胶的灵敏度、二次电子的产生和衬底的反射电子,而离子的质量远大于电子,在固体中散射小,在基片上产生背散射作用弱,引起的邻近效应小,所以能制作线宽小于0.1μm的精密微细图形。由于离子质量大,颗粒大,进入抗蚀剂后受到的阻力也大,故射程要短,因此离子能量被抗蚀剂充分吸收,使抗蚀剂的灵敏度增大。

（3）等离子刻蚀

离子束刻蚀是一种以物理作用为主的刻蚀工艺。等离子刻蚀则是一种以化学反应为主的刻蚀工艺。等离子刻蚀中应用的是低温等离子体,在这种等离子体中,游离基的化学性质十分活泼,利用它与被刻蚀材料的化学反应达到刻蚀薄膜材料的目的

（4）激光刻蚀

激光刻蚀主要采用固体激光器,CO2激光器波长较长,一般不适于微细加工。从理论上讲,激光光点的直径可以聚焦到1 μm ,但现在使用的激光工作物质,由于材料质量不均匀及内部温度分布不均匀等因素的影响,所形成的激光易产生多重振荡或偏心振荡,使激光发散角增大,很难聚焦到1 μm左右。不过,由于在焦面上的强度分布,有一个窄的能量集中带,这样就存在一个能够用来进行加工的能量密度的阈值,故能加工出比束斑直径小的孔。激光打孔的孔径可以小到10 μm左右,深径比达5以上。

影响激光刻蚀精度的主要因素有输出功率和脉宽的影响；焦距和发散角的影响；焦点位置的影响；光斑内能量分布的影响；激光多次照射的影响及工件材料的影响等。