離子束刻蝕（IBE）技術(shù)研究

1.離子束刻蝕（IBE）技術(shù)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?？涛g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(shè)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(dǎo)體、聚合物、陶瓷、紅外和超導(dǎo)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(shù)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(yīng)離子束刻蝕（RIBE）技術(shù)簡介及優(yōu)點？

反應(yīng)離子束刻蝕（RIBE）是在離子束刻蝕的基礎(chǔ)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(xué)反應(yīng)能力（反應(yīng)離子束刻蝕：RIBE），也支持腐蝕性氣體非離化態(tài)的化學(xué)輔助刻蝕能力（化學(xué)輔助離子束刻蝕：CAIBE），對適用于化學(xué)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(yīng)用：

1、三族和四族光學(xué)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

福州大學(xué)離子束刻蝕機順利驗收

烈日炎炎，熱情滿心間！后疫情時代，NANO-MASTER工程師步履不停，一站接一站為客戶提供設(shè)備安裝調(diào)試服務(wù)。首站福州大學(xué)，那諾-馬斯特工程師已順利安裝驗收NIE-3500型離子束刻蝕機！

性能配置：

• 離子束刻蝕機用于刻蝕金屬和介質(zhì)，z大可支持6”晶圓。

• 配套美國考夫曼-羅賓遜 KDC160離子槍，650mA，100-1200V?？涛g速率：~250A/min對Au；刻蝕均勻度：對4”片，片內(nèi)均勻性優(yōu)于±3%，重復(fù)性優(yōu)于±3%。

• 樣品臺可旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速0-30RPM精確可控；可任意角度傾斜，支持斜齒刻蝕；帶水冷功能，刻蝕后易去除光刻膠。

• 極限真空12小時可達6x10-7Torr，15分鐘可達10-6Torr量級的真空；采用雙真空計，長期可靠，使用穩(wěn)定。

• 14”不銹鋼立方腔體，配套一臺主控計算機，20”觸摸屏監(jiān)控，配合Labview軟件，實現(xiàn)計算機全自動工藝控制，并可在電源中斷情況下安全恢復(fù)；完全的安全聯(lián)鎖；支持百級超凈間使用。

  
  

驗收培訓(xùn)：

安裝調(diào)試視頻：

JIB-4000 聚焦離子束加工觀察系統(tǒng)升級為JIB-4000PLUS


JIB-4000 聚焦離子束加工觀察系統(tǒng)升級了，新型號：JIB-4000PLUS。該設(shè)備為單束FIB裝置，不僅可以對樣品表面進行SIM觀察 、研磨、及碳和鎢等沉積，還可以為TEM制備薄膜樣品和截面樣品；可選3D觀察功能、自動TEM樣品制備功能，能對應(yīng)多種制樣需求。

二氧化硅 (SiO_2) 薄膜具有硬度高、耐磨性好、絕緣性好等優(yōu)點常作為絕緣層材料在薄膜傳感器生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用. 某光學(xué)薄膜制造商為了獲得高品質(zhì)的 SiO_2薄膜引進伯東 KRI 聚焦型射頻離子源 RFICP 380輔助離子束濺射鍍制SiO_2薄膜.

該制造商的離子束濺射鍍膜組成系統(tǒng)主要由濺射室、雙離子源、濺射靶、基片臺、真空氣路系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等部分組成.

離子源濺射離子源采用進口的 KRI 聚焦型射頻離子源 RFICP 380, 其參數(shù)如下:

伯東 KRI 聚焦型射頻離子源 RFICP 380 技術(shù)參數(shù)：

推薦理由：

1. 聚焦型濺射離子源一方面可以增加束流密度, 提高濺射率

2. 另一方面減小離子束的散射面積, 減少散射的離子濺射在靶材以外的地方引起污染

其真空氣路系統(tǒng)真空系統(tǒng)需要沉積前本底真空抽到 8×10-4 Pa, 經(jīng)推薦采用伯東泵組  Hicube 80 Pro, 其技術(shù)參數(shù)如下：

分子泵組 Hicube 80 Pro 技術(shù)參數(shù):

運行結(jié)果：

1. SiO_2薄膜沉積速率比以前更加快速

2. 薄膜均勻性明顯提高

3. 成膜質(zhì)量高、膜層致密、缺陷少

伯東是德國 Pfeiffer 真空泵, 檢漏儀, 質(zhì)譜儀, 真空計, 美國 KRI 考夫曼離子源, 美國HVA 真空閥門, 美國 inTEST 高低溫沖擊測試機, 美國 Ambrell 感應(yīng)加熱設(shè)備和日本 NS 離子蝕刻機等進口知名品牌的指定代理商.

離子束用于各種應(yīng)用場合，諸如，質(zhì)譜儀和離子注入機等。離子 束電流通常非常小（mA）, 所以需要使用靜電計或皮安表來進行測量。今天安泰測試為大家介紹如何使用吉時利皮安表6485 型和 6487 型皮安表來進行這種測量工作。在電流靈敏度更高時，可以改用靜電計來進行測量。

測量方法

如果離子源偏離地電位，那么離子收集電極多半處在地電位。在這種情況下，可以使用簡單的真空同軸接頭來進行從收集電極到皮安計的連接。圖 1 示出吉時利皮安計6485從離子收集電極測量電流的情況 , 這時儀器工作在地電位。

然而，如果離子源處在地電位，那么離子收集電極必須偏離地電位。6485 型皮安計只能偏離地電位大約 42V, 所以必須使用能夠浮地電位達 500V 的吉時利皮安計6487 型。圖 2 是 6487 型皮安計浮地測量離子束的一個例子。皮安計的高端通過三同軸的真空接頭連到離子收集電極。皮安計的低端由電壓源偏離地電位。出于安全的考慮，當(dāng)偏置電 壓大于 42V 時，應(yīng)當(dāng)使用三同軸的真空接頭。6487 型皮安計能夠浮 地高達 500V。

如果無法找到三同軸的真空接頭，那么可以在絕緣的 BNC 連接 處構(gòu)建金屬安全屏蔽（圖 3）。將該金屬安全屏蔽接地。。如果對地的浮地電壓小于 42V, 那么絕緣的 BNC 接頭就不需要安全屏蔽。

圖 1. 帶接地 BNC 插座的離子收集極

圖 2. 帶三同軸插座的離子收集電極

圖 3. 帶 BNC 插座的離子收集極

完成電路連接之后，接通偏置電壓，在沒有離子束電流的情況下 進行電流測量，以驗證系統(tǒng)能夠正常工作。如果這時的電流比要測量 的電流大得多，那么系統(tǒng)中一定存在著寄生泄漏通路，必須將其糾正。 我們常常需要把離子束電流與時間的函數(shù)關(guān)系畫成曲線。此項工作可以使用皮安計的模擬輸出功能來完成或者使用 IEEE-488 總線或 RS-232 接口來采集讀數(shù)，再用繪圖編程軟件包（例如 ExceLINX）或 圖表軟件將其畫成曲線。

吉時利皮安表Keithley 6400 系列提供經(jīng)濟實惠且專業(yè)的低電流測量解決方案，可測量元器件中的超低漏電流、光學(xué)器件中的暗電流以及顯微儀器中的射束電流，備受研發(fā)型企業(yè)和高校的青睞，安泰測試作為泰克吉時利的長期合作伙伴，和廠家一起為用戶提供全面的測試方案，如果您想了解吉時利皮安表更多應(yīng)用，歡迎訪問安泰測試網(wǎng)。