一、电子束曝光技术

光刻属于广泛应用的芯片加工技术之一。以下是常见的半导体加工工艺流程的相关内容：

光刻广泛应用于芯片加工，但是其分辨率会受到光波长的限制｡

电子束曝光属于光刻技术的一种延伸应用。

电子是一种带有电荷的粒子。能量越高的电子，其波长就越短。当电子的能量为 100eV 时，它的波长仅仅是 0.12nm。所以，电子束曝光能够获得极为高的分辨率。

电子束曝光系统的结构示意图如下图所示：

包括电子枪，还有电子枪准直系统，以及聚光透镜，再有电子束快门，接着是变焦透镜，另外有消像散器，包含限制模孔，也有投影透镜和偏转器。

利用电子束曝光制备掩膜的一般步骤为:

(1)样品表面处理

首先进行清洗样品的操作，将样品表面的杂质去除掉。接着把样品放在烘箱中进行烘烤，目的是确保样品表面保持干燥。这样做是为了防止样品表面的杂质以及水分对甩胶和曝光的质量造成影响。

(2)匀胶

把光刻胶滴在样品的中央位置，接着利用涂胶机进行高速旋转，从而在样品表面均匀地涂覆上光刻胶。

光刻胶分为两种:正胶和负胶｡

正胶在曝光的时候会让曝光的区域溶解性变得更强。在显影的时候，感光的部分会溶解，而不感光的部分则不会溶解。

负胶曝光时，曝光区域会发生交互链结的变化。在显影过程中，感光的部分不会溶解，而不感光的部分则会溶解。

(3)前烘

目的是蒸发掉光刻胶中的有机溶剂｡

烘胶的时间需要控制好，时间太短的话，无法把光刻胶中的溶剂蒸发掉；温度过低也不行，同样不能把光刻胶中的溶剂蒸发掉。同时，烘胶的温度也需要控制，时间太长会破坏光刻胶中的增感剂活性，温度过高也会破坏光刻胶中的增感剂活性。

(4)曝光

把旋涂光刻胶的样品放到电子束曝光机里，接着设置合适的条件，像束流和剂量等，然后进行曝光，在被曝光的区域，光刻胶的性能会有所改变。

(5)显影

将曝光后的样品放置在显影液中,所需的图案就显现出来。

样品图案的质量和显影时间有着紧密的联系，所以显影时间必须要严格地被控制。

(6)后烘

后烘能够让软化且膨胀的胶膜与样品的粘附变得更加稳固。后烘还可以提升胶膜的抗刻蚀能力。

二、电感耦合等离子体刻蚀

电感耦合等离子体刻蚀（ICP）能够刻蚀掉样品表面未被掩膜覆盖的部分，从而制备出特定图案。它兼具化学和物理刻蚀过程，属于干法刻蚀技术的范畴。其优点在于在低气压环境下，ICP 刻蚀源依然可以生成大量的等离子体。

ICP 刻蚀系统有两套射频电源用于控制。其中一套射频电源缠绕在腔室外，也就是 ICP generator，它的作用是产生等离子体。另一套射频电源位于样品台下方，即 Table bias，它的作用是加速等离子体。

经简化的电感耦合等离子体刻蚀系统结构示意如下图所示：

电感耦合等离子体刻蚀的常规操作过程是:

第一步,将样品放置于电感耦合等离子体刻蚀设备中｡

第二步，先把腔体抽成低气压。接着通过控制 Cryo stage 以及 Helium backing ，让样品达到所需的温度。因为样品较高的温度能够促使刻蚀副产物挥发，所以这样就能提高刻蚀效率。

第三步，从 Gas inlet 向腔体充入适合材料刻蚀的混合气体。

ICP 发生器产生的射频能让环形耦合线圈形成感应电场，进而致使混合刻蚀气体发生辉光放电，最终产生出高密度的等离子体。

增加 ICP 的功率会使等离子体的密度增加，而等离子体密度的增加会对刻蚀过程产生影响。

第四步，产生的等离子体在 Table bias 的 RF 射频的作用下开始移动。它加速后到达样品表面，接着与样品表面发生化学反应，生成挥发性气体并离开样片表面。与此同时，还存在着物理刻蚀过程。等离子体的动能与 Table bias 的射频功率存在关联。

电感耦合等离子体刻蚀能够对 GaN 进行刻蚀，也能够对 AlGaN 进行刻蚀，还能够对 GaAs 进行刻蚀，同时能够对 InP 进行刻蚀，以及能够对 InGaAs 进行刻蚀，并且能够对 Si 进行刻蚀。它具有较高的刻蚀速率，并且具有较高的抗刻蚀比。

三、等离子体增强化学气相沉积

等离子体增强化学气相沉积技术被广泛应用于多种薄膜的制备。其中包括硅薄膜的制备，也包括氮化硅薄膜的制备，还包括二氧化硅薄膜的制备等。

PECVD系统的结构示意图如下图所示：

其基本原理为：首先向沉积室充入包含薄膜组份的气态物质。接着，利用辉光放电这一方式，促使气态物质发生化学反应，从而生成等离子体。最后，等离子体沉积在衬底上，由此就生长出了薄膜材料。

这些方法组成的成分都具有良好的均匀性。

此外，PECVD 制备的薄膜有一定厚度，并且该方法沉积的薄膜附着力较为强劲。在相对较低的沉积温度条件下，能够达成较高的沉积速度。

通常来看,薄膜的生长主要包括以下三个过程:

第一步，反应气体在电磁场的激发作用下，通过辉光放电而产生等离子体。在这一过程中，电子会与反应气体相互碰撞，进而发生初级反应，使得反应气体分解，从而产生离子和活性基团。

第二步，初级反应所产生的各种产物会朝着衬底的方向进行移动。与此同时，各种活性基团以及离子会发生次级反应，进而生成次级产物。

第三步，各种初级产物和次级产物到达衬底表面后被吸附，接着与表面发生反应，并且在这个过程中会伴随有气相分子物再次被放出。

四、聚焦离子束技术

聚焦离子束（FIB）与聚焦电子束相似，都是把带电粒子通过电磁场进行聚焦，从而形成亚微米乃至纳米量级的细束，并且这种细束能够应用于离子束曝光和成像。

除此之外，离子和电子相比，离子具有较大的质量。所以，离子束能够把固体表面的原子直接溅射出来，进而发展成为一种被广泛应用的直接加工工具。

下图为聚焦离子束系统的结构示意图：

FIB 系统具备真空与控制系统，用于维持真空等。

聚焦离子束系统主要的应用有：

(1)离子束成像

离子束照射在样品表面后会激发样品表面的二次电子和二次离子｡

这些电子和离子接着被信号探测器所收集，之后经过处理，就能显示出材料表面形貌的图像。激发的二次电子的数量，一方面与样品的相貌相关，另一方面也与晶体取向以及样品原子质量有关。所以，和扫描电子显微镜相比，离子束成像能够获取更多关于样品的信息，并且可以用于对多晶材料的晶粒取向、晶界分布以及晶粒尺寸分布等进行分析。

(2)离子束刻蚀

离子束刻蚀是聚焦离子束系统的主要功能。把 Ar、Kr 和 Xe 等惰性气体电离成等离子体，接着让离子束聚焦并加速去轰击样品表面，这样就会使样品表面的原子被溅射出来，从而形成刻蚀的效果。

离子束刻蚀过程属于纯物理过程。溅射产额与多种因素相关，其中包括离子能量、离子种类、离子入射角度以及样品特性等。

离子束刻蚀具有方向性好,分辨率高和刻蚀材料不受限制等优点｡

(3)离子束沉积

非活性气体分子要吸附到样品表面需要有沉积的区域。离子束轰击该区域后，非活性气体分子分解会产生非挥发性物质。这些非挥发性物质不会被真空系统抽走，而是沉积到了样品表面。

离子束具有操作灵活的特点。所以它能够在材料表面沉积出各种形状的结构。

离子束可以沉积金属材料,同时也可以沉积绝缘体材料｡

参考文献：

李青云进行了硅和铌酸锂复合薄膜及相关光子器件的研究，并获得了博士学位。

(2)周泽龙投影光刻物镜偏振像差研究[D].

(3)赵磊投影光刻物镜像质补偿策略与补偿技术研究[D].