1.5 高エネルギー・ビーム・エッチング

(1) 電子ビームエッチング

電子ビームの化学的効果はエッチングに使用される。被加工物の表面への電子ビームの照射の出力密度がかなり低いと、ほとんど表面温度の上昇を引き起こさない、入射電子と高分子材料の分子の衝突は、その分子鎖の切断や再重合を行いますので、高分子材料の化学的性質や分子量の変化を引き起こし、この効果の使用は、電子ビームの露光によって実施することができます。露光は主に二種類に分けられ、一つは電子ビーム走査型で、約0.5~5mmの走査で電子ビームの1μm以内に焦点を合わせ、どんなグラフィックにも露光できる。もう一つは電子ビームの投影型露光の縮小型で、電子ビームがマスク板を貫通し、投影の縮小比の1/5~1/10で電子レジストに投影し、大規模集積回路のグラフィックの露光を行う。電子ビームエッチングは、現在、最高の高解像度グラフィックス生産技術であり、実験室の条件下では、最大2 nmのフィーチャーサイズ、生産では、一般的に、0.5〜1 μmのフィーチャーサイズに達することができます。

電子ビーム加工は真空条件下で行う必要がある。真空環境では、電子は高速で移動でき、カソードは酸化せず、加工表面は蒸気による酸化を防ぐことができる。真空中で行う必要があるため、一定の制限がある。

(2) イオンビームエッチング

イオンビームエッチングは、様々な微細加工法のためのその運動エネルギーで、高速イオンビーム流に加速された電界中のイオンの希ガス元素または他の元素の使用であり、処理方法のプロセス能力の有望な、広い範囲の開発におけるサブミクロン、あるいはミリメートルレベルの精密加工である。それはに分けることができます：

(i) 除去工程。まず、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスをイオン化室内の低真空に入れ、高周波放電または直流放電でイオン化（プラスイオンの数とマイナスイオンの数が等しい混合物）し、加速電極で、ビームの形でプラズマからイオンを原子や分子から被加工物の表面から引き出し、被加工物の表面に直接加工やエッチングのグラフを完成させることができます。イオンミリング、イオンポリッシング、イオンシンニング、イオンスパッタリングはこの原理を利用しています。

コーティング加工。低エネルギー入射イオンをワーク表面に付着させる微細加工をイオン付着加工といいます。代表的なイオン付着加工は、イオンコーティング加工です。イオンコーティングは、原子や分子の表面に大きなエネルギーでイオンビームを衝突させて付着させるため、被膜強度が高く、被膜の品質も良好です。イオンコーティング技術は、耐摩耗性、耐腐食性、耐熱性の表面強化フィルムや、電子機器、半導体、集積回路用の薄膜を製造するために使用することができます。

(iii) 注入処理。イオン注入は、数十から数百キロ電子ボルト（keV）のエネルギーに加速されたイオンは、高速イオンに到達するために、ワークピースの表面、ワークピースの表層の原子ギャップに砲撃、またはワークピースの表層に埋め込まれた置換原子の形で、プロセスの表層に保持されます。集積回路では、イオン注入は、ドーピング量を制御し、集積回路の均一な電気パラメータを得ることができ、部品の製造では、イオン注入プロセスの使用は、金属表面層の修飾によって達成することができる。

イオンビーム描画。電子ビーム露光とは異なり、電子ビーム露光は、フォトポリマーの感度の解像度に影響を与える主な要因は、二次電子の発生と反射電子の基板は、イオンの質量は電子よりもはるかに大きいが、固体中の散乱は小さく、近接効果によって引き起こされる後方散乱効果を生成するために基板に弱いですので、マイクロファイングラフィックスの精度の0.1μm未満の線幅を作ることができます。イオンの質量が大きいため、粒子は、抵抗後のレジストにも大きいので、範囲が短いので、イオンのエネルギーが完全にレジストに吸収されるので、レジストの感度が向上します。

(3) プラズマエッチング

イオンビームエッチングは物理ベースのエッチングプロセスである。プラズマエッチングは化学反応ベースのエッチングプロセスである。プラズマエッチングは、低温プラズマの応用で、このプラズマの中で、フリーラジカルの化学的性質は非常に活性であり、薄膜材料をエッチングする目的を達成するために、被エッチング材料との化学反応を使用する。

(4) レーザーエッチング

レーザーエッチングは、主に固体レーザーで使用され、CO2レーザーの波長は長く、一般的に微細加工には適していません。理論的には、レーザースポットの直径は1μmまで集光できますが、現在、レーザー加工材料を使用する場合、材料の品質ムラやレーザーの形成による影響などの内部温度分布により、多振動や偏心振動が発生しやすく、レーザーの発散角が大きくなるため、1μm程度まで集光することは困難です。しかし、焦点面上の強度分布により、エネルギー集中の狭い帯域があるため、加工に使用できるエネルギー密度の閾値があり、穴のビームスポット径が小さいよりも加工することができる。レーザー穴あけの穴径は10μm程度と小さく、深さ対直径比は5以上となる。

レーザーエッチングの精度に影響を与える主な要因は、出力パワーとパルス幅の影響、焦点距離と発散角の影響、焦点位置の影響である；スポット内のエネルギー分布の影響、複数のレーザー照射の影響、被加工物の材質の影響。