一、电子束曝光技术

光刻是广泛应用的芯片加工技术之一，下图是常见的半导体加工工艺流程：

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( ElectronBeam Lithography, EBL) 是光刻技术的延伸应用｡ 

电子是一种带电粒子, 其能量越高, 波长越短｡ 当电子的能量为100eV时,其波长仅为0.12nm，因此,电子束曝光可以获得非常高的分辨率｡

电子束曝光系统的结构示意图如下图所示：

主要包括: 电子枪,电子枪准直系统,聚光透镜,电子束快门,变焦透镜,消像散器,限制模孔,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

首先清洗样品去除样品表面的杂质, 然后在烘箱中烘烤以确保样品表面干燥｡ 防止样品表面的杂质和水分对甩胶和曝光的质量产生影响｡

(2)匀胶

将光刻胶滴在样品中央, 通过涂胶机的高速旋转在样品表面均匀涂覆光刻胶｡ 

光刻胶分为两种:正胶和负胶｡ 

正胶在曝光时使曝光区域溶解性增强, 显影时感光部分溶解, 不感光部分不溶解｡ 

负胶曝光时曝光区域变成交互链结, 显影时感光部分不溶解, 不感光部分溶解。

(3)前烘

目的是蒸发掉光刻胶中的有机溶剂｡ 

烘胶时间和温度需要控制时间，太短或温度过低不能把光刻胶中的溶剂蒸发,时间太长或温度过高将会破坏光刻胶中的增感剂活性｡

(4)曝光

将旋涂光刻胶的样品放置于电子束曝光机中, 设置合适的条件如束流和剂量进行曝光,被曝光区光刻胶的性能会发生变化｡

(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。

样品图案质量与显影时间密切相关, 因此需要严格控制显影的时间｡

(6)后烘

后烘可以使软化和膨胀的胶膜与样品粘附更加牢固,增加胶膜的抗刻蚀能力｡

二、电感耦合等离子体刻蚀

电感耦合等离子体刻蚀(Inductively Coupled Plasma , ICP)可以刻蚀掉样品表面没有被掩膜覆盖的地方而制备出特定的图案, 其同时具有化学和物理刻蚀过程，它属于干法刻蚀技术的一种，它的优点在于在低气压下,ICP刻蚀源仍然可以产生大量的等离子体｡

ICP刻蚀系统具有两套射频电源于控制,其中一套缠绕在腔室外(ICP generator), 用于产生等离子体,一套位于样品台下方(Table bias),用于加速等离子体｡ 

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,将腔体抽真空至低气压, 通过控制Cryo stage和Helium backing 来使样品达到所需的温度｡ 样品较高的温度有助于刻蚀副产物的挥发, 从而提高刻蚀效率｡

第三步,将适合材料刻蚀的混合气体从Gas inlet充入腔体｡

ICP generator产生的射频会使环形耦合线圈产生感应电场,导致混合刻蚀气体辉光放电,产生高密度的等离子体｡

增加ICP的功率将会增加等离子体的密度,这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射频作用下加速移动到样品表面,与样品表面发生化学反应,生成挥发性气体而离开样片表面，同时也存在物理刻蚀过程｡等离子体的动能与 Table bias的射频功率相关｡

电感耦合等离子体刻蚀可以刻蚀GaN､ AlGaN､ GaAs､InP､ InGaAs 和Si等材料, 具有高的刻蚀速率和高抗刻蚀比｡ 

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(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ,PECVD )技术被广泛应用于各种薄膜的制备(如:硅､氮化硅和二氧化硅等)｡

PECVD系统的结构示意图如下图所示：

其基本原理是:向沉积室中充入含有薄膜组份的气态物质,利用辉光放电使气态物质发生化学反应而生成等离子体,等离子体沉积在衬底上就生长出了薄膜材料｡

激发辉光放电的方法主要有:射频激发､直流高压激发､脉冲激发和微波激发组成成分都具有良好的均匀性｡

此外,利用PECVD制备的薄膜厚度和该方法沉积的薄膜附着力强, 在较低的沉积温度下可以达到高的沉积速度｡

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励下,辉光放电产生等离子体｡在这个过程电子会与反应气体碰撞, 发生初级反应,导致反应气体分解产生离子和活性基团｡

第二步,初级反应产生的各种产物向衬底方向移动,同时各种活性基团和离子发生次级反应