用於 Si、SiO2 和金屬材料的離子束蝕刻機是專為先進微細加工和奈米技術應用而設計的高精度乾式蝕刻系統。本設備利用離子束蝕刻 (IBE)，也稱為離子研磨，透過純物理濺鍍製程實現高度材料去除。.
與傳統的電漿蝕刻技術不同，離子束蝕刻不會讓基板直接暴露在電漿中。這大大降低了等離子引起的損害、污染和電荷累積的風險，因此特別適合敏感的半導體和光學裝置製造。.
此系統具備奈米級的精準度與絕佳的製程可控性，可廣泛應用於半導體製造、薄膜製程與先進材料研究。.
主要技術特性
- 超高精度
蝕刻解析度達到 ≤10 奈米，符合先進半導體與奈米製程的要求。. - 非選擇性蝕刻能力
可在金屬、半導體和電介質等多種材料上進行均勻蝕刻，無需化學依賴。. - 各向異性和方向控制
可調整的離子束角度可允許各向同性和各向同性蝕刻剖面，支援複雜圖案轉換。. - 無等離子處理環境
消除等離子造成的損害，確保更高的裝置可靠度與良率。. - 優異的表面品質
可產生光滑表面，減少粗糙度，對光學和電子應用非常重要。.
核心系統元件
完整的離子束蝕刻系統由幾個重要的子系統組成：
1.真空系統
提供必要的高真空環境：
- 梁的穩定性
- 污染控制
- 高精密加工
2.離子源
產生高能離子束（通常為氬離子）：
- 確定蝕刻率和均勻性
- 支援不同的來源類型，例如 RF 和 Kaufman 離子源
3.樣品階段
- 支援多軸旋轉，以達到均勻的蝕刻效果
- 整合式溫度控制可提高製程穩定性
4.控制系統
- 全自動操作
- 實現精確的參數控制和可重複性
- 先進製程控制的選購端點偵測
5.中和劑
- 防止蝕刻過程中電荷堆積
- 對於 SiO₂ 和 Si₃N₄ 等絕緣材料來說是不可或缺的。
工作原理
離子束蝕刻是在真空條件下將高能量、準直的離子束射向目標材料表面。.
離子 (通常為 Ar⁺)會與表面原子碰撞，傳遞動量，並透過物理濺射將原子射出。此製程可逐層移除材料，不需化學反應即可精確定義圖案。.
這使得 IBE 特別適用於
- 高解析度圖案傳輸
- 化學反應性低的材料
- 多層結構
處理能力
支援材料
- 金屬：金、鉑、銅、鉭、鋁
- 半導體：矽、砷化鎵
- 介電體：Si₂、Si₃N₄
- 先進材料：AlN、陶瓷、聚合物
典型製程流程
- 樣品製備
清潔基板並將其安裝在真空室中 - 遮蔽
使用光阻或金屬掩膜來界定蝕刻區域 - 離子束產生
使用惰性氣體（通常為氬）啟動離子源 - 蝕刻製程
調整光束能量、角度和時間，以達到所需的結構 - 移除面膜
移除遮罩，露出最終的蝕刻圖案
應用領域
半導體製造
- 積體電路製圖
- 薄膜結構
- 先進節點製造
光學裝置
- 光柵和透鏡的精密加工
- 光學元件的表面改質
奈米技術
- 製造奈米線、奈米孔和 MEMS 結構
材料科學
- 表面分析與修改
- 功能性塗層製備
優於傳統蝕刻技術
| 特點 | 離子束蝕刻 | 反應離子蝕刻 |
|---|---|---|
| 製程類型 | 實體 | 物理 + 化學 |
| 血漿暴露 | 無直接接觸 | 直接接觸 |
| 材料選擇性 | 低（均勻） | 高 |
| 表面損壞 | 最低限度 | 可能 |
| 精確度 | 超高 | 高 |
常見問題
什麼是離子束蝕刻？
離子束蝕刻是一種乾式蝕刻製程，透過在真空環境中使用高能離子進行物理濺射來移除材料。.
IBE 與 RIE 的差異？
- IBE： 純物理性，無電漿接觸，精度更高
- RIE：結合化學反應與電漿，選擇性較高，但損壞風險較大
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