Grabado con plasma

Descomposición de capas de óxido, eliminación de laca fotosensible, incineración de matrices...

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El grabado con plasma es la extracción de material de las superficies a través de procesos con plasma. También se denomina grabado en seco, ya que el grabado suele tener lugar mediante procesos químicos en húmedo con ácidos agresivos. Los plasmas de los gases de proceso transforman el material para tratar del estado de agregación sólido al gaseoso, y la bomba de vacío aspira los productos gaseosos. Mediante enmascaramientos, es posible grabar solamente algunas zonas o estructuras. El grabado con plasma solo se realiza en el plasma de baja presión, puesto que gran cantidad de efectos del grabado requieren una duración del tratamiento mayor y casi todos los gases de grabado son únicamente compatibles con el plasma de baja presión.

Para el grabado con plasma, existen numerosas aplicaciones. Para optimizar el proceso de grabado de forma específica para cada aplicación, se ofrecen diferentes gases de proceso posibles, así como 3 procedimientos de grabado básicos a elegir.

Grabado iónico

Dependiendo de la aplicación, también se denomina "grabado físico", "sputtering" (pulverización catódica) o "microchorros de arena".

Los gases de proceso son argón u otros gases nobles, que forman iones, pero no radicales. El efecto del grabado consiste en el arranque de átomos o moléculas del sustrato a causa de la energía cinética de los electrones acelerados en el campo eléctrico.

Aplicaciones: 

  • Microestructuración de superficies, p. ej., para mejorar la adhesión ("microchorros de arena")
  • Bombardeo de una fuente de deposición de vapor ("sputtering")

 

Como el grabado iónico no actúa químicamente, funciona en prácticamente cualquier sustrato (apenas es selectivo). El efecto del grabado con plasma tiene lugar casi en exclusiva en la dirección de aceleración de los iones. Se trata de un efecto enormemente anisotrópico

Grabado químico con plasma

Se utilizan gases de proceso cuyas moléculas están predominantemente divididas en radicales en el plasma. El efecto del grabado consiste sobre todo en la reacción de estos radicales con los átomos o moléculas del sustrato y en su transformación en productos de descomposición gaseosos.

Aplicaciones importantes: 

  • Descomposición de capas de óxido
  • Decapado de laca fotosensible ("stripping")
  • Incineración de matrices para su análisis
  • Grabado de PTFE
  • Estructuración y microestructuración de semiconductores

El grabado con plasma es muy selectivo, es decir, los gases de proceso y los sustratos deben encajar a la perfección. El efecto del grabado es isotrópico, lo que significa que actúa por igual en todas direcciones.

Grabado iónico reactivo

Los gases moleculares forman radicales e iones con carga positiva en el plasma. Para el proceso de grabado, puede utilizarse el efecto reactivo de los radicales y, además, la energía cinética de los iones si el plasma se excita de tal modo que los iones se aceleren en el campo eléctrico y se bombardeen hacia el sustrato.

El grabado iónico reactivo combina los efectos del grabado iónico con los del grabado con plasma: existe una cierta anisotropía y, por otro lado, permite grabar materiales que no reaccionan químicamente con los radicales. De todos modos, la ventaja principal radica en el aumento notable de la tasa de grabado. El bombardeo con iones provoca que las moléculas del sustrato pasen a un estado excitado y, en consecuencia, se muestren más reactivas.

Aplicación: 

  • Principalmente, grabado de semiconductores

Grabado de PTFE

Con la tecnología del plasma de Diener electronic, también se consigue una mayor adherencia en plásticos que, debido a su escasa energía superficial, se consideran "no adhesivos". En el caso del polipropileno (PP), el polietileno (PE) o el polioximetileno (POM), esto se consigue mediante la activación en el plasma de oxígeno. En el plástico de menor energía superficial, el PTFE, un proceso de activación no resulta suficiente. Los enlaces carbono-flúor no pueden romperse en el plasma de oxígeno.

Sin embargo, en el plasma de hidrógeno, se unen radicales de hidrógeno con los átomos de flúor del PTFE, de modo que rompen los enlaces de carbono. El fluoruro de hidrógeno se aspira, con lo que quedan enlaces de carbono no saturados, en los que pueden depositarse con gran facilidad moléculas de líquidos polares.

Puede apreciarse que se ha efectuado el grabado por el tono pardo que adopta la superficie del PTFE. 

Preguntas frecuentes

¿Es posible grabar metales?

El grabado de metales es posible en general, pero solo con gases altamente corrosivos, que pueden acabar corroyendo el metal. Para intensificar el efecto del grabado, las piezas pueden precalentarse o, si hay un sistema de calefacción de la cámara instalado en el sistema de plasma, calentarse continuamente.

¿Qué plásticos pueden grabarse?

Con estos procesos, se graban sobre todo superficies de plásticos.

El grabado es muy importante en plásticos de difícil lacado y pegado, como POM, PPS y PTFE. Con la ampliación de la superficie se logra una mejor adhesión.

Algunos de los gases de grabado típicos son el oxígeno, diversos compuestos gaseosos de flúor y cloro, y el hidrógeno.

¿Es posible grabar vidrio y cerámica?

El grabado con plasma de vidrios en vacío es laborioso y caro. Las partículas de gas ionizado descomponen el vidrio lentamenteEl vidrio está compuesto en su mayoría por SiO2, por lo que en general puede grabarse con hidrocarburos fluorados (añadiendo oxígeno).

La baja tasa de extracción y el consiguiente tiempo de proceso prolongado son los causantes de los altos precios de estos procesos.

Las cerámicas (como, p. ej., Al2O3) pueden grabarse con gases corrosivos y no corrosivos.

Entre los gases corrosivos, se incluyen todos los gases clorados y fluorados. Uno de los gases no corrosivos es el argón.

En general, puede afirmarse que los gases fluorados presentan una tasa de extracción mayor que otros gases no corrosivos, mientras que el efecto del grabado de los gases clorados es mejor que el de los gases no corrosivos.

La mejor forma de grabar Al2O3 es con gases fluorados.

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