Gravure au plasma

Élimination des couches d'oxyde, enlèvement de la photoréserve, ashing de matrices, ....

Demande

 

La gravure au plasma est l'enlèvement de matière des surfaces par des processus plasma. On l'appelle aussi gravure sèche parce que les procédés de gravure conventionnels sont réalisés par voie chimique humide avec des acides agressifs. Les plasmas des gaz de traitement font passer le matériau à graver de l'état solide à l'état gazeux et la pompe à vide aspire les produits gazeux. À l'aide de masquages, il s'avère également possible de ne graver que des zones partielles ou des structures. La gravure au plasma n'est effectuée qu'en plasma basse pression, vu que les effets de gravure notables nécessitent un temps de traitement plus long et que presque tous les gaz de gravure ne peuvent être utilisés qu'en plasma basse pression.

Il existe de nombreuses applications pour la gravure au plasma. Pour l'optimisation du processus de gravure en fonction de l'application, un grand nombre de gaz de traitement possibles et la sélection de 3 procédés de gravure de base sont disponibles.

Gravure ionique

Selon le cas d'application, on parle également de « gravure physique », de « pulvérisation » ou de « microsablage ».

Les gaz de traitement sont l'argon ou d'autres gaz nobles, formant des ions mais non des radicaux. L'effet de gravure est basé sur l'élimination d'atomes ou de molécules du substrat par l'énergie cinétique des électrons accélérée dans le champ électrique.

Applications : 

  • Microstructuration des surfaces, par exemple pour améliorer l'adhérence (« microsablage »)
  • Bombardement d'une source de dépôt en phase vapeur (« pulvérisation »)

 

Comme la gravure ionique n'est pas chimique, elle fonctionne sur presque tous les substrats (peu sélectif). Un effet de gravure du plasma s'effectue presque exclusivement dans la direction d'accélération des ions. L'effet est fortement anisotrope

Gravure chimique par plasma

On utilise des gaz de traitement dont les molécules dans le plasma sont principalement décomposées en radicaux. L'effet de gravure est principalement basé sur la réaction de ces radicaux avec les atomes ou molécules du substrat et leur conversion en produits gazeux de dégradation.

Applications importantes : 

  • Enlèvement de couches d'oxyde
  • Enlèvement de photoréserve (« stripping »)
  • Ashing de matrices pour l'analyse
  • Gravure de PTFE
  • Structuration et microstructuration de semi-conducteurs

La gravure au plasma est très sélective, c'est-à-dire que les gaz de traitement et les substrats doivent être parfaitement adaptés entre eux. L'effet de gravure est isotrope, c'est-à-dire qu'il a le même effet sur tous les côtés

Gravure ionique réactive

Les gaz moléculaires forment des radicaux et des ions chargés positivement dans le plasma. On peut utiliser l'effet réactif des radicaux pour le processus de gravure ainsi que l'énergie cinétique des ions si l'excitation plasma a lieu de telle sorte que les ions sont accélérés dans le champ électrique et projetés sur le substrat.

La gravure ionique réactive combine les effets de la gravure ionique et de la gravure au plasma : il y a une certaine anisotropie et les matériaux ne réagissant pas chimiquement avec les radicaux sont gravés. Surtout, la vitesse de gravure est considérablement augmentée. Par bombardement d'ions, les molécules du substrat sont mises dans un état excité et deviennent ainsi beaucoup plus réactives.

Applications : 

  • avant tout pour la gravure de semi-conducteurs

Gravure PTFE

La technologie plasma de Diener electronic permet de  coller des plastiques, qui, en raison de leur faible énergie surfacique, sont qualifiés de « non collables ». Dans le cas du polypropylène (PP), du polyéthylène (PE) ou du polyoxyméthylène (POM), ceci s'effectue par activation en plasma d'oxygène. Pour le plastique ayant l'énergie de surface la plus faible - le PTFE - un processus d'activation n'est pas suffisant. Les liaisons fluorocarbonées ne peuvent pas être brisées dans le plasma d'oxygène.

Dans le plasma d'hydrogène, cependant, les radicaux d'hydrogène se combinent avec les atomes de fluor du PTFE et rompent ainsi les liaisons de carbone. Le fluorure d'hydrogène gazeux est aspiré, laissant des composés carbonés insaturés sur lesquels les molécules liquides polaires peuvent se fixer parfaitement.

La gravure est reconnaissable à une coloration brunâtre de la surface du PTFE.

Questions fréquentes

Est-il possible de graver des métaux ?

Par principe, il est possible de graver des métaux, cependant seulement à l'aide de gaz extrêmement corrosifs, qui peuvent à leur tour corroder le métal. Afin de renforcer l'effet de gravure, les pièces peuvent être préchauffées ou, si un chauffage de chambre est installé dans le système plasma, chauffées en continu.

Quels plastiques peuvent être gravés ?

Ce sont avant tout des surfaces en plastique , qui sont gravées à l'aide de ces processus.

La gravure s'avère extrêmement importante pour les plastiques difficiles à peindre et coller tels que POM, PPS et PTFE. Grâce à la surface agrandie , on obtient une meilleure adhérence des adhésifs .

Les gaz de gravure typiques sont l'oxygène, diverses liaisons fluoro-chlorées, mais aussi l'hydrogène.

Est-il possible de graver le verre et la céramique ?

La gravure au plasma de verres sous vide réclame énormément de temps et est onéreuse. Le verre n'est gravé que lentement par les particules de gaz ionisées et se compose en majeure partie de SiO2 ; il peut donc être gravé par principe avec des hydrocarbures fluorés (avec ajout d'oxygène).

Les faibles taux d'enlèvement et la longue durée de traitement qui en résulte sont responsables des coûts particulièrement élevés de ces processus.

Des céramiques (telles p. ex. que : Al2O3) peuvent être gravées avec des gaz corrosifs et non corrosifs.

Les gaz corrosifs comprennent tous les gaz contenant du chlore et du fluor. L'argon fait partie des gaz non corrosifs.

En général, on peut dire que les gaz contenant du fluor ont une vitesse d'élimination plus élevée que les autres gaz non corrosifs, les gaz contenant du chlore ont un meilleur effet d'attaque que les gaz non corrosifs.

Al2O3  est mieux attaqué avec des gaz contenant du fluor.

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