电子束加工技术探究

电子束加工是利用高能粒子束进行精密微细加工的先进技术，尤其在微电子学领域内已成为半导体（特别是超大规模集成电路制作）加工的重要工艺手段。电子束加工主要用于打孔、切槽、焊接及电子束光刻；离子束加工则主要用于离子刻蚀、离子抛光、离子镀膜、离子注入等。目前进行的纳米加工技术的研究，实现原子、分子为加工单位的超微细加工，采用的就是这种高能粒子束加工技术。

1.电子束加工的原理

电子束加工装置的基本结构如图7-10所示。它由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。

在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子射线聚焦（一次或二次聚焦）到被加工材料上，电子的动能大部分转变为热能，使被冲击部分材料的温度升高至熔点，瞬时熔化、气化及蒸发而去除，达到加工目的，这就是电子束加工原理。

2.电子束加工的特点

由于在极小的面积上具有高能量（能量密度可达106～109W/cm2），故可加工微孔、窄缝等，其生产率比电火花加工高数十倍至数百倍。此外，还可利用电子束焊接高熔点金属和用其他方法难以焊接的金属，以及用电子束炉生产高熔点、高质量的合金及纯金属。

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图7-10　电子束加工装置示意图

①加工中电子束的压力很微小，主要靠瞬时蒸发，所以工件产生的应力及应变均很小。

②电子束加工是在真空度为1.33×10-1～1.33×10-3Pa的真空加工室中进行的，加工表面无杂质渗入，不氧化，加工材料范围广泛，特别适宜加工易氧化的金属和合金材料以及纯度要求高的半导体材料。

③电子束的强度和位置比较容易用电、磁的方法实现控制，加工过程易实现自动化，可进行程序控制和仿形加工。

3.电子束加工的应用

电子束加工也有一定的局限性，一般只用于加工微孔、窄缝及微小的特性表面，而且，因为它需要有真空设施及数万伏的高压系统，故设备价格较贵。