表2. 部分常用材料的刻蚀速率
（刻蚀条件：500 eV, 1.0 mA/cm2, 入射角：0°） 被刻材料 AZ1350 PMMA Au Ag SiC C Si Al Al2O3 Ge Ni SiO2 玻璃（Na,Ca） 刻蚀速率（nm/min） 24.5~30 56 150~160 140~170 32 4~5 25~30 42~52 10~13 9 50~55 28~40 20
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图7. 离子入射材料表面形成原子溅射的级联碰撞模型
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图8. 是几种材料的刻蚀速率与离子束入射角度的关系的 比较。从图中可以看出，不同材料的刻蚀速率的最大值对应不 同入射角。
图8. 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）
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在离子束刻蚀过程中，选择合 适的入射角可以提高刻蚀效率，这 只是一个方面。另一个方面是靠合 适的入射角度控制刻蚀图形的轮廓。 下图给出了不同角度的刻蚀结果。
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刻面效应（Faceting）
离子束刻蚀的级联碰撞模型 决定了溅射产额随着离子束入射 角的变化而变化，从而在刻蚀过 程中由于基片或掩模表面的离子 束入射角不同导致刻蚀速率的不 同，最终反映在图形转移上使图 形轮廓发生变化。刻面效应就是 这一原因引起的。
图2.19 刻面效应的形成过程
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槽底开沟
当掩模的侧壁不陡直时， 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“开沟”。
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谢谢大家！
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图2.20 槽底开沟示意图
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再沉积
由于物理溅射在离子束刻蚀中的 存在，不可避免的产生非挥发性刻蚀 产物，如果刻蚀沟槽的深宽比比较小 时，溅射的材料粒子几乎可以飞出沟 槽外。当沟槽的深度比较大时因为溅 射离子存在一定的角度分布，溅射粒 子不能全部飞出槽外，其中部分大角 度溅射飞出的粒子重新打到掩模和已 刻出基片的侧壁上（图2.21所示）， 形成再沉积过程。它带来的主要问题 是减小刻槽宽度，使其偏离掩模限定 的宽度，导致图形转移精度下降，并 最终限制离子束刻蚀大深宽比沟槽的 能力。
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再沉积形成过程的示意
再沉积问题
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由于再沉积的严重影响了图形 转移精度，如何在刻蚀过程中消除 再沉积是很重要的研究内容。一般 来说有三种方法可以解决再沉积问 题[43、48]。如图2.23所示。对于陡直 的光刻胶掩模可以将工作台倾斜一 定角度（15－30°）并旋转刻蚀，使 离子束可以入射到侧壁上，将沉积 在上面的刻蚀产物去除。这种方法 带来的缺点是加速了掩模侧壁的刻 蚀，使最终获得的槽型展宽，降低 图形转移精度。也可以将掩模做成 一定的角度倾斜或圆形掩模（可以 通过提高后烘温度来实现），使侧 壁暴露在离子束之下，这样可以通 过侧壁上的刻蚀速率和沉积速率的 平衡来解决再沉积。
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图9. RIBE刻蚀SIO2离子束入射角对槽形轮廓的影响
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影响刻蚀效果的因素很多，还有诸 如离子刻蚀的二次效应、光刻胶掩模图 形的形状和厚度、源靶距效应、离子刻 蚀引起的材料损伤及温度效应等。
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离子束刻蚀常见效应
刻蚀的理想结果是将掩模（mask）的图形精确 地转移到基片上，尺寸没有变化。由于物理溅射的 存在，掩模本身的不陡直和溅射产额随离子束入射 角变化等原因，产生了刻面（Faceting）、槽底开 沟（Trenching or Ditching）和再沉积等现象，这 些效应的存在降低了图形转移精度。
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从表上可以看出，对有些材料的刻蚀速 率所给出的数据是一个范围，不是确定值， 这说明理论还不成熟，也说明离子刻蚀过程 是一个非常复杂的问题，不确定因素太多， 因此，对您所使用的刻蚀机按您的操作习惯 自己做刻蚀速率曲线。
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3.2 刻蚀速率与入射角的关系
离子束刻蚀材料的机理，可理解为离子入射材 料表面形成原子溅射的级联碰撞过程。下图说明， 离子入射角度对刻蚀的效率有影响。
图2.23 用掩模来消除刻蚀过程中产生的再沉积
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光刻胶掩模截面形状刻蚀槽形的演变过程
图4.5 光刻胶掩模为半圆截面的石英刻蚀演化过程
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图4.7 光刻胶掩模为侧壁倾斜情况下的刻蚀图形演化过程
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图4.8 光刻胶掩模侧壁陡直情况下的刻蚀槽形演化
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离子束抛光
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图10. 超光滑表面加工结果
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聚焦离子束
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FIB milled tip in a CVD diamond microcrystal. The tip height is ~400 nm, and a radius is ~40 nm.
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离子束镀膜
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离子束辅助电子束蒸发镀膜
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Ion-Assisted Evaporation
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应用举例： 场发射阵列元件的制作
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我们的制作方法
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光刻
反应离子刻蚀
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镀金 聚酰亚胺 氧化处理 离子束刻蚀金
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氧反应离子刻蚀 聚酰亚胺
三氟甲烷反应离 子刻蚀氧化硅