近年来电子束加工和离子束加工在微电子学领域中得到较多的应用，那他们之间有何区别与特点呢？

电子束加工工艺的特点

电子束能够极其微细地聚焦(可达l~0.1 μm),故可进行微细加工.

加工材料的范围广.能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体材料.

加工效率很高.

加工在真空中进行,污染少,加工表面不易被氧化.

电子束加工需要整套的专用设备和真空系统,价格较贵,故在生产中受到一定程度的限制.

离子束加工工艺的特点:

加工精度高

离子束加工是目前最精密、最微细的加工工艺.离子刻蚀可达纳米级精度,离子镀膜可控制在亚微米级精度,离子注入的深度和浓度亦可精确地控制.

环境污染少

离子束加工在真空中进行,特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工.

加工质量高

离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的,加工应力和变形极小,适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工.

电子束加工与离子束加工工艺比较

原理比较

电子束加工是在真空条件下,利用聚焦后能量密度极高的电子束,以极高的速度冲击到工件表面极小面积上,在极短的时间(几分之一微秒)内,其能量的大部分转变为热能,使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温,从而引起材料的局部熔化和气化,被真空系统抽走.控制电子束能量密度的大小和能量注入时间,就可以达到不同的加工目的.如只使材料局部加热就可进行电子束热处理;使材料局部熔化就可以进行电子束焊接;提高电子束能量密度,使材料熔化和气化,就可以进行打孔、切割等加工;利用较低能量密度的电子束轰击高分子光敏材料时产生化学变化的原理,即可以进行电子束光刻加工.

离子束加工的原理和电子束加工基本类似,也是在真空条件下,将离子源产生的离子束经过加速聚焦,使之撞击到工件表面.不同的是离子带正电荷,其质量比电子大数千、数万倍,如氩离子的质量是电子的7.2万倍,所以一旦离子加速到较高速度时,离子束比电子束具有更大的撞击动能,它是靠微观的机械撞击能量,而不是靠动能转化为热能来加工的.离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应.具有一定动能的离子斜射到工件材料表面时,可以将表面的原子撞击出来,这就是离子的撞击效应和溅射效应;如果将工件直接作为离子轰击的靶材,工件表面就会受到离子刻蚀;如果将工件放置在靶材附近,靶材原子就会溅射到工件表面而被溅射沉积吸附,使工件表面镀上一层靶材原子的镀膜;如果离子能量足够大并垂直工件表面撞击时,离子就会钻进工件表面,这就是离子的注入效应.

特点比较

电子束加工的特点:

①由于电子束能够极其细微地聚焦,甚至能聚焦到0.1μm,所以加工面积和切缝可以很小,是一种精密微细的加工方法.

②电子束能量密度很高,使照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度,去除材料主要靠瞬间蒸发,是一种非接触式加工.工件不受机械力作用,不产生宏观应力和变形.加工材料范围很广,对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可以加工.

③电子束的能量密度高,因而加工生产效率很高,例如,每秒钟可以在2.5mm厚的钢板上钻50个直径为0.4mm的孔.

④可以通过磁场或电子对电子束的强度、位置、聚焦等进行直接控制,所以整个加工过程便于是先自动化.特别是在电子束曝光中,从加工位置找准到加工图形的扫描.都可实现自动化.在电子束打孔和切割时,可以通过电气控制加工异型孔,实现曲面弧形切割等.

⑤由于电子束加工是在真空中进行,因而污染少,加工表面不会氧化,特别适用于加工易氧化的金属及合金材料,一级纯度要求极高的半导体材料.

⑥电子束加工需要一整套专用设备和真空系统,价格较贵,生产应用有一定的局限性.

离子束加工的特点:

①由于离子束可以通过电子光学系统进行聚焦扫描,离子束轰击材料是逐层去除原子,离子束流密度及离子能量可以精确控制,所以离子刻蚀可以达到纳米(0.001μm)级的加工精度.离子镀膜可以控制在亚微米级精度,离子注入的深度和浓度也可极精确地控制.因此,离子束是所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法,是当代纳米加工技术的基础.

②由于离子束加工是在高真空中进行,所以污染少,特别适用于对易氧化的金属、合金材料和高纯度半导体材料的加工.

③离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的.它是一种微观作用,宏观压力很小,所以加工应力、热变形等极小,加工质量高,适合于对各种材料和低刚度零件的加工.

④离子束加工设备费用贵、成本高,加工效率低,因此应用范围受到一定限制.

应用比较

总体而言,电子束加工的加工效率更高,适用范围更广;而离子束加工的加工精度更大,是所有特种加工之中最精密、最细微的一种加工方式.

电子束加工根据其功率密度和能量注入时间的不同,可以用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻等各种类型的加工.

离子束加工的应用范围正在日益扩大、不断创新.目前用于改变零件尺寸和表面物理力学性能的离子束加工有:用于从工件上作去除加工的离子刻蚀加工;用于给工件表面涂覆的离子镀膜加工;用于表面改性的离子注入加工等.

电子束与离子束的加工装置都有真空系统、控制系统和电源等部分.主要不同的是电子束加工用的是电子枪,离子束加工用的是离子源系统.电子束加工相对于离子束加工,加工效率更高,使用范围也更广;离子束加工的加工精度更高,是所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法.