离子束光刻简介
离子束光刻简介
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常见离子束光刻技术
• 聚焦离子束光刻（Focused Ion beam ） （FIB离子束直接写入，聚焦的离子束直接 撞击靶材实现图形转换的过程。 ）
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谢谢光看！
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光刻技术的重要性
集成电路不同的技术时代是以其所加工的器件特征尺寸 为标志的.特征尺寸是指集成电路技术所能够加工的器件 的最小尺寸.由于器件特征尺寸的不断缩小、 硅片尺寸 的持续增加和电路设计技术的不断优化， 才使得集成电
路芯片的集成度和性能得到不断提高， 同性能集成电路
产品的价格持续下降， 才保证了半导体工业和集成电路
• 主要用于制作修复掩膜版和对晶片直接光 刻(direct writing)
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离子投影光刻系统的A原理。
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• 北京汇德信科技有限 公司研发
• ionLiNE作为专用的离 子束光刻、制备和加 工设备，为在表面科 学、薄膜工程和应用 物理研究等低剂量应 用设计
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离子光刻目前存在的问题及应用
• 离子投影光刻（Ion projection limography （ IPL平行的离子束穿过掩膜，将缩小的掩 膜图形投射到基底上。 ）
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聚焦离子束原理
FIB系统采用液态金属离子源，加 热同时伴随着一定的拔出电压， 获得金属离子束，通过质量选 择器来选择离子，通过电子透 镜精细聚焦的金属离子，在偏 转线圈的作用下，形成扫描光 栅。离子束可通过溅射对样品 进行表面成像。聚焦式离子束 技术是利用静电透镜将离子束
离子束技术简介
样品平板式等离子刻蚀装置示意图8912惰性气体131518图7. 离子入射材料表面形成原子溅射的级联碰撞模型24几种材料的刻蚀速率与离子入射角度的关系E=500 eV, J=1.0 mA/cm2）图9. RIBE刻蚀SIO离子束入射角对槽形轮廓的影响2打在倾斜侧壁上面的入射离子处于大角度的入射状态，表现出入射离子的高反射率，一部分会被发射到槽底。
这些反射向槽底某一部位的离子与正常入射的束离子之和造成入射离子通量的局部超出，导致该部位的刻蚀速率高于其他槽底部位，形成图4.5 光刻胶掩模为半圆截面的石英刻蚀演化过程—刻蚀速率已知，并且稳定。
最常用的方法—光谱法、质谱法+质谱谱线的变化图2 SiF339等厚干涉法原理与装置等厚条纹错位反映刻蚀深度刻蚀之前 楔形陪片He-Ne laserd初始的干涉 条纹刻蚀之后He-Ne laserd条纹发生 错位楔形平板厚度减小，导致等厚条纹发生平 移，厚度减小量 h 与条纹移动量的关系为：hh0c ×m ,m d0,1, 2,Lh ch0 2nh0: 一个干涉条纹所对应的深度 d: 干涉条纹间距c: 刻蚀一定深度后引起的干涉条纹的4移1 动量等厚干涉法原理与装置计算公式相邻等厚条纹之间对应的楔形平板厚度差为h0：h0 2 n楔形平板厚度减小，导致等厚条纹发生平移，厚度减 小量 h 与条纹移动量的关系为：hh0c ×m ,m d0,1, 2,L42等厚干涉法原理与装置离子束 挡板43二、原理与装置等厚条纹错位的实际照片44二、原理与装置在线检测系统全图（俯视图）1：刻蚀机真空室； 2：离子源； 3：离子束； 4：工作台； 5：陪片； 6：正式基片； 7：离子束阑与石墨挡板； 8：一对平面反射镜； 9：观察窗； 10：检测光源； 11：分束镜； 12：凸透镜； 13：面阵CCD； 14：采集卡与计算机。
45离子源 离子束阑正式基片 工作台二、原理与装置真空室内部件示意图（俯视图）xy z46观察窗口挡板 陪片二、原理与装置 正式基片、陪片与挡板的位置关系工作台往返移动A BDABCCE47二、原理与装置挡板及其夹具48二、原理与装置挡板与陪片的距离A B陪片挡板A B陪片挡板49二、原理与装置等厚条纹位置的确定50。
光刻胶类型
光刻胶类型1. 介绍光刻胶是一种在半导体制造过程中广泛使用的材料，用于制作微细结构的光刻工艺。
光刻胶通过光刻曝光和化学反应来定义微细结构的形状和尺寸。
根据不同的需求，有多种不同类型的光刻胶可供选择。
本文将从技术性角度对常见的光刻胶类型进行详细介绍。
2. 正常光刻胶正常光刻胶，也被称为传统光刻胶，广泛用于传统的光刻工艺。
它由光敏化剂和基体聚合物组成，将基体聚合物暴露于紫外光下，通过光敏化剂的作用使其发生化学反应，形成所需的微细结构。
正常光刻胶通常具有较高的分辨率和进程控制能力，但耗时较长。
2.1 特点•分辨率高：正常光刻胶能够实现亚微米级的结构分辨率。
•良好的进程控制：正常光刻胶具有较好的进程控制性能，适用于高精度制造。
•耗时较长：正常光刻胶涉及多个步骤，时间成本较高。
2.2 应用正常光刻胶广泛应用于集成电路、光学器件、微电子机械系统等各类微纳加工过程中。
3. 紫外固化光刻胶紫外固化光刻胶是一种新型的光刻胶材料，相比于传统光刻胶，它具有更快的固化速度和更高的耐热性。
紫外固化光刻胶是一种可重复使用的光刻胶，它由光聚合性物质组成，在紫外光的照射下，光聚合性物质会快速发生化学反应，实现光刻工艺。
3.1 特点•快速固化：紫外固化光刻胶的固化速度较快，适用于快节奏的制造过程。
•高耐热性：紫外固化光刻胶在高温环境下具有较好的稳定性。
•可重复使用：紫外固化光刻胶可以通过反复曝光和固化使用。
3.2 应用紫外固化光刻胶广泛应用于三维打印、快速原型制造、生物芯片制造等领域。
4. 离子束光刻胶离子束光刻胶是一种高精度、高分辨率的光刻胶，它使用离子束曝光的方式定义微细结构。
离子束光刻胶具有非常高的分辨率和控制性能，常用于制造特殊要求的微细结构。
4.1 特点•高分辨率：离子束光刻胶可以实现亚纳米级的结构分辨率。
•高控制性：离子束光刻胶具有较好的控制性能，可以精确控制结构尺寸和形状。
•昂贵的设备要求：离子束光刻胶需要昂贵的离子束光刻设备。
电子行业电子束和离子束加工
电子行业电子束和离子束加工简介在电子行业中，电子束和离子束加工是两种常用的微细加工技术。
它们利用高能电子束和离子束对材料进行加工，具有高精度、高效率和非接触等特点，在电子器件制造、表面改性和纳米加工等领域有广泛应用。
电子束加工基本原理电子束加工利用高速运动的电子束对材料表面进行加工。
通过控制电子束的能量和聚焦方式，可以实现在纳米到微米级别的精确加工。
其基本原理如下：•加速电子：采用电子枪将电子加速到较高能量，通常在几十千伏至几百千伏之间。
•焦点控制：利用一系列电场和磁场聚焦系统，将电子束聚焦到较小的直径，达到高分辨率的效果。
•扫描加工：通过控制电子束的位置和扫描速度，实现对材料表面的精确加工。
应用领域电子束加工在电子行业中有广泛的应用，包括但不限于以下领域：1.纳米微型器件加工：电子束加工可用于制造微型电子器件，如纳米线、纳米晶体管和MEMS器件等。
2.光刻：电子束激光刻蚀技术是集成电路制造中常用的工艺之一。
3.表面改性：通过控制电子束的能量和扫描方式，可以实现对材料表面的纹理、硬度和导电性等物理性质的改变。
4.纳米加工：电子束可以直接对纳米颗粒进行加工，制备纳米材料和纳米结构。
离子束加工基本原理离子束加工利用高能离子束对材料进行加工。
与电子束加工相比，离子束加工具有更高的穿透能力和更大的功率密度，可以实现更深入和更精确的加工效果。
其基本原理如下：•加速离子：采用离子源将离子加速到高能量，通常在几百电子伏至几千电子伏之间。
•焦点控制：通过控制电场和磁场分别作用的方式，实现对离子束的聚焦控制。
•碰撞损伤：高速离子束与材料表面相碰撞，产生碰撞损伤和表面变化。
应用领域离子束加工在电子行业中也有广泛的应用，主要应用于以下领域：1.纳米加工：离子束加工可用于纳米线、纳米颗粒和纳米薄膜的制备。
2.材料改性：通过离子束的碰撞和改变材料表面的结构，可以实现材料的硬化、改变导电性和抗腐蚀等性能。
3.表面涂层：离子束沉积技术可以实现对材料表面的镀膜、涂层和纳米颗粒的制备。
离子束技术简介
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2.2 反应离子刻蚀（RIE----Reactive Ion Etching）
为了减小侧向刻蚀，在垂直于样品表面方向上加一电场，使反应气体的离子 在电场中作定向运动，使之只有纵向刻蚀，这是反应离子刻蚀的基本原理。
射频电压加在两电极上，样品放在阴极上，阳极及反应室壁接地。阴极面积 小，阳极面积大，这是非对称性的辉光放电系统。
这是纯粹的物理溅射过程。
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离子束刻蚀机的工作原理：
通入工作气体氩气，气压10-2-10-4Torr之 间，阴极放射出的电子向阳极运动，在运动过程 中，电子将工作气体分子电离，在样品室内产生 辉光放电形成等离子体。其中电子在损失能量后 到达阳极形成阳极电流，而氩离子由多孔栅极引 出，在加速系统作用下，形成一个大面积的、束 流密度均匀的离子束。为减少束中空间电荷静电 斥力的影响，减少正离子轰击基片时，造成正电 荷堆积，离子束离开加速电极后，被中和器发出 的电子中和，使正离子束变成中性束，打到基片 上，进行刻蚀。
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1. 分 类
湿法刻蚀----化学腐蚀
刻蚀 干法刻蚀
等离子刻蚀(PE) 反应离子刻蚀(RIE) 常规离子束刻蚀(IBE或IM) 反应离子束刻蚀(RIBE) 化学辅助离子束刻蚀(CAIBE） 感应耦合等离子体刻蚀(ICP）
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2. 刻蚀技术简介
2.1 等离子刻蚀（PE----Plasma Etching)
离子对刻蚀起主要作用，即以物理溅射为主，中性游离基的化学反应为辅。
特点：各向异性 刻蚀速率快 刻蚀最小线宽可达0.2 m
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2.3 离子束刻蚀 (IBE----Ion Beam Etching) 离子铣（IM---Ion Milling）
高能离子束光刻技术在微电子制造中的应用研究
高能离子束光刻技术在微电子制造中的应用研究摘要：高能离子束光刻技术是一种基于离子束的微电子制造技术，具有较高的分辨率和加工精度，被广泛应用于微电子制造领域。
本文将重点探讨高能离子束光刻技术在微电子制造中的应用，并分析其优势和局限性。
1. 引言微电子制造是现代社会高科技产业的重要组成部分，在电子芯片、集成电路和光通信器件等领域发挥着关键作用。
随着科技的不断发展和需求的增加，对微电子制造技术的要求也越来越高。
高能离子束光刻技术因其独特的加工能力而引起了广泛关注，并在微电子制造中得到了广泛应用。
2. 高能离子束光刻技术概述高能离子束光刻技术是一种利用高能离子束照射光刻胶的方法，通过光刻机将芯片图形投射到光刻胶上，再通过化学和物理的方式进行胶的显影、蚀刻和清洗，最终形成微电子器件。
与传统的光刻技术相比，高能离子束光刻技术具有以下优势：较高的分辨率、较小的特征尺寸、较高的加工精度、较少的光学畸变、较少的布局误差以及较少的工艺步骤等。
3. 高能离子束光刻技术在微电子制造中的应用3.1 半导体行业高能离子束光刻技术在半导体行业的应用主要集中在芯片制造的前期工艺中，如芯片的图案设计和光刻胶的制备等。
其高加工精度和较小的特征尺寸使得高能离子束光刻技术能够制造更小、更快速和更高性能的芯片。
此外，高能离子束光刻技术还可以用于制造硅基波导光通信器件，提高器件的传输性能。
3.2 纳米科技领域高能离子束光刻技术在纳米科技领域的应用也得到了广泛关注。
纳米领域的材料通常具有极小的尺寸和高比表面积，传统的微电子制造技术往往难以满足对材料的制备要求。
而高能离子束光刻技术具有较高的分辨率和加工精度，能够制造出纳米级的材料和器件。
因此，在纳米材料的制备和表征方面，高能离子束光刻技术发挥了重要作用。
3.3 其他行业应用高能离子束光刻技术还广泛应用于光学元件、显示器件以及MEMS器件等行业。
由于其高分辨率和加工精度，可以制造出更小型、更高性能的光学元件和显示器件。
离子束光刻技术突破微细结构制造难题
离子束光刻技术突破微细结构制造难题随着科学技术的不断发展，微细结构的制造在各个领域中起到了重要的作用。
微细结构可以用于制造微电子芯片、纳米材料等，对于促进科学研究和经济发展具有重要意义。
然而，传统制造微细结构的方法却面临着许多难题，如分辨率不高、加工精度不够等。
为了解决这些问题，离子束光刻技术应运而生。
本文将对离子束光刻技术的突破微细结构制造难题进行详细阐述。
一、离子束光刻技术的基本原理及发展历程离子束光刻技术是一种常用于微细结构的制造方法，它利用离子束的特性对样品进行加工。
离子束光刻技术的基本原理是在真空环境中，通过离子源产生的离子束，经过准直、平整后，照射到需要加工的样品上，形成所需的微细结构。
离子束光刻技术起源于20世纪60年代，最初被用于半导体器件的制造。
随着微电子技术的发展，对微细结构的需求越来越高，离子束光刻技术不断得到改良和完善。
通过改进离子源和控制系统等方面，离子束光刻技术在分辨率、加工精度等方面有了显著的突破。
二、离子束光刻技术的突破微细结构制造难题离子束光刻技术在解决微细结构制造难题方面取得了重要的突破。
首先，离子束光刻技术具有很高的分辨率。
离子束的波长比光学光刻技术的波长要小得多，因此可以实现更高的分辨率。
通过使用高能离子束，离子束光刻技术可以制造出更小尺寸的微细结构，满足现代科技对越来越小型化器件的需求。
其次，离子束光刻技术能够实现更高的加工精度。
由于离子束的能量可调节，通过控制离子束的能量和剂量，可以精确控制加工深度和侧壁坡度，保证微细结构的加工精度和形状控制。
另外，离子束光刻技术具有良好的选择性。
离子束的加工速度可以通过调节能量和剂量等参数进行控制，从而实现对不同材料的选择性加工。
这一特性使得离子束光刻技术在不同材料的微细结构制造中具有广泛的应用前景。
三、离子束光刻技术的应用前景离子束光刻技术在微细结构制造中具有广泛的应用前景。
首先，离子束光刻技术可以应用于集成电路制造中。
离子束光刻机的研发开创新一代纳米级芯片制造技术
离子束光刻机的研发开创新一代纳米级芯片制造技术随着信息技术的迅猛发展，芯片在现代科学和技术领域中扮演着至关重要的角色。
芯片的性能和制造工艺直接影响计算机、通信、人工智能等领域的发展水平。
为了满足不断增长的需求，科学家们不断研发新的芯片制造技术。
离子束光刻机作为一种新型的纳米级芯片制造技术，其研发将开创新一代纳米级芯片制造技术的大门。
离子束光刻机是一种利用离子束代替传统光刻机中的光线进行芯片曝光的先进技术。
相较于传统光刻机，离子束光刻机能够实现更高的分辨率和更高的制造精度。
其原理是利用离子束经过磁场加速并聚焦后对芯片表面进行精确的击打，从而在芯片上形成所需的纳米级结构。
离子束光刻机的研发离不开制造技术的不断创新和科学家们的努力。
首先，离子束光刻机需要精确控制离子束的聚焦和击打位置。
科学家们通过改进加速和聚焦系统，提高了离子束的准直性和稳定性。
其次，离子束光刻机需要高精度的图案生成系统。
科学家们研发了高精度的电子束束绘系统，采用先进的电子束直写技术，有效地提高了芯片制造的精度和效率。
离子束光刻机的研发将带来许多优势和应用前景。
首先，离子束光刻技术可以实现更高的分辨率。
传统光刻机由于光的波长限制，其分辨率在纳米级芯片制造中已经达到瓶颈。
而离子束光刻机通过利用离子束的物理性质，可以实现更小尺寸的芯片结构，提高芯片的性能和集成度。
其次，离子束光刻技术可以实现更高的制造精度。
离子束的物理性质使得芯片制造能够达到亚纳米级别的精度，为芯片的高性能和高可靠性奠定基础。
最后，离子束光刻技术可以应用于多种材料的制造。
离子束可以对各种材料进行加工，包括传统的硅基材料以及新型的有机材料和二维材料，为未来芯片技术的发展提供更多可能性。
由于离子束光刻机的研发处于初始阶段，目前还存在一些挑战和困难。
首先，离子束光刻机的设备复杂且昂贵。
离子束的操控和控制需要高精度的设备和技术，使得离子束光刻机的研发和商用化具有较高的成本。
其次，离子束光刻技术还需要进一步完善和优化。
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离子束光刻
• 离子束投影曝光系统的结构和工作原理与光学投 影曝光的结构与原理类似， 所不同的是曝光粒子 曝光粒子 是离子、 光学系统采用离子光学系统， 而掩模版 掩模版 则由可通过和吸收离子的材料制备. 离子束曝光掩 模版通常采用 Si 材料制成透射/散射式的二相掩 模版技术， 即使照射在黑色图形部分的离子被散 射， 不能照射到光刻胶， 而照射在白色图形部分 的离子透射穿过掩模版后照射到光刻胶上使之曝ห้องสมุดไป่ตู้光.离子束投影光学系统一般也采用 4 :1缩小的投 影方式， 透镜 透镜实际上是一个可对离子进行聚焦作 用的多电极静电系统.
光刻技术的重要性
集成电路不同的技术时代是以其所加工的器件特征尺寸 为标志的.特征尺寸 特征尺寸是指集成电路技术所能够加工的器件 特征尺寸 的最小尺寸.由于器件特征尺寸的不断缩小、 硅片尺寸 的持续增加和电路设计技术的不断优化， 才使得集成电 路芯片的集成度和性能得到不断提高， 同性能集成电路 产品的价格持续下降， 才保证了半导体工业和集成电路 技术发展按指数增长率飞速发展.不断追求集成电路产的 性能/价格比和市场竞争力的提高， 是微电子技术和产 业不断发展的原动力.器件特征尺寸的缩小主要依赖于光 刻技术的改进和发展
光刻技术原理
离子束光刻优点
• 高的分辨率和焦深性能 高的分辨率和焦深性能（离子的质量远远大于电 子，在相同的加速电压下，离子具有更短的波长， 因此离子束曝光比电子束曝光有更高的分辨率， R=κλ/NA，DOF=κλ/（NA）2 ） • 没有邻近效应 （最轻的离子质量都比电子重2000 倍左右，离子束在感光胶中散射范围极小，离子 束曝光基本不存在邻近效应 ） • 曝光速率 （离子射入感光胶材料内的射程要比电 子的短，入射离子的能量能被感光材料更为充分 的吸收，所以对于相同的感光胶，离子束曝光的 灵敏度要高于电子束曝光，即曝光速率要高于电 子束曝光 ）
谢谢光看！
FIB系统采用液态金属离子源，加 热同时伴随着一定的拔出电压， 获得金属离子束，通过质量选 择器来选择离子，通过电子透 镜精细聚焦的金属离子，在偏 转线圈的作用下，形成扫描光 栅。离子束可通过溅射对样品 进行表面成像。聚焦式离子束 技术是利用静电透镜将离子束 聚焦成非常小尺寸 （与电子
束直写光刻技术类似。不 需要掩膜板，应用高能粒 子束直写。）
离子投影光刻系统的原理。
• 北京汇德信科技有限 公司研发 • ionLiNE作为专用的离 子束光刻、制备和加 工设备，为在表面科 学、薄膜工程和应用 物理研究等低剂量应 用设计
离子光刻目前存在的问题及应用
• 离子源制备，掩膜板畸变，衬底工艺损伤。 欧洲和美国联合了大量企业、大学和研究 机构，开展了一个名为 MEDEA 的合作项 目，用于解决设备和掩模等方面的问题， 进行可行性验证，目前已取得不少进展。 • 效率低，很难在生产中作为曝光工具得到 应用，目前主要用作VLSI中的掩模修补工 具和特殊器件的修整。
常见离子束光刻技术
• 聚焦离子束光刻（Focused Ion beam ） （FIB离子束直接写入，聚焦的离子束直接 撞击靶材实现图形转换的过程。 ） • 离子投影光刻（Ion projection limography （ IPL平行的离子束穿过掩膜，将缩小的掩 膜图形投射到基底上。 ）
聚焦离子束原理
离子投影光刻
• 离子投影曝光(Ion Projection Lithography， IPL) 平行的离子束穿过掩膜，将缩小的掩 膜图形投射到基底上。使用PMMA 光刻胶。 • 当具有一定能量的离子撞击靶材表面时， 两者之间会发生一系列的交互作用，其中 包括膨胀、刻蚀、沉积、铣削、注入、背 散射和形核反应等。 • 主要用于制作修复掩膜版和对晶片直接光 刻(direct writing)