下面您将能够找到化学辅助蚀刻的第一部分实验结果，我们的专家Sebastien Pochon博士在有会议上周在加州圣何塞。

需要在SiO等材料中形成光栅(例如用于VR耳机)₂最近离子束蚀刻技术的使用激增。然而，当使用纯氩束时，选择性是有限的，因为它是一个物理过程。

一般来说，像CHF这样的气体_3.,科幻小说₆阿,₂和Cl₂可加入氩气中，以增加选择性;根据注入气体的位置不同，该过程被称为活性离子束蚀刻(RIBE)或化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)。衬底支架可以旋转以提供轴对称蚀刻速率轮廓。它也可以在光束方向的一定角度范围内倾斜。这使得能够控制侧壁剖面以及径向均匀性优化。离子束的方向性与通过压板角度设置的可变入射光束角度相结合，可以在纳米图案过程中实现轮廓控制和特征塑造。这些硬件特征独特的离子束蚀刻方法，可用于创建角度蚀刻特征。

离子束参数:能量和通量

离子束蚀刻的优点之一是可以通过施加在屏幕栅极上的电压和等离子体密度(由射频功率决定)独立控制离子能量和通量。

在空闲模式下，离子束室的基本压力低于2E-7托尔，由一个1600升/秒的涡轮分子泵泵浦，并有一个100米的支撑^3./小时干泵。在离子束蚀刻过程中，腔室压力通常达到2.5和6E-4 Torr之间的值。这意味着离子束是高度定向的，在一个基本上无碰撞的环境中，平均自由程> 20厘米，大于源和衬底之间的距离。有利于离子源和中和剂稳定运行，总流量在10-20 sccm范围内，以保持低压力。从栅极的每个孔中获得的离子电流受到空间电荷的限制。这被Child-Langmuir定律描述为网格之间的间隙和它们之间的电位差的函数，在这种情况下，屏幕和加速器网格¹。

离子束参数:化学和几何

然而，由于这是一个物理过程，当使用光刻胶等掩模蚀刻图案时，蚀刻材料与光刻胶掩模之间相应的选择性或蚀刻速率比低于5:1，并且经常在1:1左右。

可通过添加CHF等气体来增强掩膜的选择性_3.,科幻小说₆N₂阿,₂和Cl₂。

根据气体注入的位置，直接注入源或位于样品附近的气体环，这些技术分别被称为活性离子束蚀刻(RIBE)或化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)。使用合适的化学反应气体可以提高蚀刻速率和掩膜材料的选择性。的确，在RIBE模式下，反应性气体在离子源内部被部分解离，一些会被电离并加速到衬底上，而在CAIBE模式下，大部分撞击衬底的气体没有解离，只有惰性气体离子轰击表面。

在等离子体蚀刻中，仔细选择惰性气体和活性气体的比例，例如可以控制侧壁轮廓。这也取决于要蚀刻的材料和掩模之间的选择。

衬底支架或压板可以倾斜-90°，加载位置，和高达约+65°。倾斜可以进一步控制侧壁剖面，并优化径向均匀性。

衬底支架可以旋转高达20转，以提供轴对称蚀刻速率轮廓。基片由专用冷水机冷却，氦气被用作导电介质，在蚀刻过程中传递热量以冷却。其目的是在蚀刻过程中保持晶圆温度尽可能低，以保持抗蚀剂的质量。对于其他工艺，在压板内嵌入的加热元件允许基材被加热到高达300°C的温度。可以使用其他对温度不敏感的掩模，SiO₂或如果_3.N₄。下图1a、1b和1C显示了IBE、RIBE和CAIBE模式下的腔室布局。

离子束参数:工艺缺陷及其克服方法

当只用氩气蚀刻时，在IBE模式下，常见的工件是沟槽，围栏和粗糙的表面。沟槽通常出现在蚀刻轮廓的边缘;这是由于侧壁附近的离子由于光束发散和墙壁反射而产生的“双重剂量”效应。

击剑是由在面具侧壁上重新沉积的蚀刻材料引起的。在蚀刻多晶衬底时，通常会产生粗糙的表面。

在IBE蚀刻过程后可以发现一些其他的影响，例如以正斜率蚀刻材料或刻面结束。这与掩模质量有关。这可以在一个单一的工艺步骤中实现，其中压板旋转设置为20转，并设置为30°的固定角度。

也可以分两个步骤完成。在第一步，压板的角度可以设置为一个较浅的角度，如10°，其中90%的蚀刻过程发生。在第二步中，压板的角度设置为更高的角度，如45°或更高，这取决于样品的几何形状，并为了避免阴影，对于蚀刻过程中剩余的10%，以清洁侧壁。在正常入射蚀刻时，Ar⁺离子动量在每次碰撞中传递;平均来说，每一个入射离子会被移走一到两个原子。离子穿透得更深，与许多原子分享能量。至于样品表面温度，这意味着更多的热量传递到样品和光刻胶。

这是在尝试尽可能快地蚀刻时的典型结果。关键是使用氦背面冷却等技术在低温下保持样品表面和光刻胶掩膜。以更高的角度刻蚀可以提高收率，其中一个离子可以去除多达五个原子。能量被转移到离地表更近的地方;因此更多的原子被喷射出来。

离子束的方向性与通过压板角度设置的可变入射光束角度相结合，可以在纳米图案过程中实现轮廓和侧壁控制以及特征塑造。在RIBE和CAIBE模式下，成型过程不仅依赖于物理组件(溅射)，还依赖于化学组件。与纯物理蚀刻相比，化学增强能够实现更好的选择性和更高的图案转移保真度，从而限制CD损失或表面粗糙。此外，样品表面温度是一个非常重要的控制参数，因为它将决定蚀刻过程的各向同性成分。事实上，在某些工艺中，温度成为一个关键参数，因为它将对蚀刻产品的波动性产生重大影响，因此可以显著提高蚀刻速率。问题是如何控制蚀刻轮廓的垂直度。

有关离子束技术的更多信息，访问我们的网站或者通过我们的电子邮件给我们写信plasma-experts@oxinst.com我很乐意与你们分享我的专业知识和信息。

作者:sebastian Pochon博士

参考文献1 Goebel, D. M.和Katz I.，“电力推进的基础:离子和霍尔推进器”，John Wiley & Sons, Inc.，第5章(2008)。