Плазменное травление

Плазменное травление представляет собой снятие материала с поверхностей с помощью процессов плазменной обработки. Его также называют сухим травлением, поскольку традиционные процессы травления осуществляются в виде жидкостно-химического травления с помощью агрессивных кислот. Плазмы технологических газов переводят подвергаемый травлению материал из твердого в газообразное агрегатное состояние, а вакуумный насос отсасывает газообразные продукты. С помощью маскирования также можно подвергнуть травлению только отдельные области или структуры. Плазменное травление осуществляется только в плазме низкого давления, так как 

  • существенное действие травления требует большей продолжительности обработки.
  • почти все травящие газы можно использовать только в плазме низкого давления.

Для плазменного травления есть большое количество применений. Для оптимизации процесса травления в соответствии с необходимым применением доступно большое количество возможных технологических газов и выбор 3 основных методов травления.

Ионное травление

В зависимости от случая применения, его также называют «физическим травлением», «ионным распылением» или «микропескоструйной обработкой».

Технологическими газами являются аргон или другие инертные газы, которые образуют ионы, но не радикалы. Действие травления основывается на выбивании атомов или молекул из подложки с помощью кинетической энергии электронов, ускоренных в электрическом поле.

Применение

  • Микроструктурирование поверхностей, например, для улучшения адгезии («микропескоструйная обработка»)
  • Бомбардировка источника испарения («ионное распыление»)

Поскольку ионное травление действует не химически, оно работает почти на любой подложке (практически неизбирательно). Действие травления плазмы почти исключительно осуществляется в направлении ускорения ионов. Это действие сильно анизотропно.

Химическое плазменное травление

Используется технологические газы, молекулы которых в плазме преимущественным образом расщепляются на радикалы. Действие травления основывается главным образом на реакции этих радикалов с атомами или молекулами подложки и их превращении в газообразные продукты распада.

Важные варианты применения

  • Уменьшение оксидных слоев
  • Удаление фотолака («стриппинг»)
  • Озоление матриц для анализа
  • Травление ПТФЭ
  • Структурирование и микроструктурирование полупроводников

Плазменное травление очень избирательно, т. е. технологические газы и подложки должны очень хорошо подходить друг другу. Действие травления изотропно, т. е. действует одинаково во все стороны.

Реактивное ионное травление

Молекулярные газы образуют в плазме радикалы и положительно заряженные ионы. Для процесса травления можно использовать реактивное действие радикалов и, кроме того, кинетическую энергию ионов, когда возбуждение плазмы происходит так, что ионы в электрическом поле ускоряются и бомбардируют подложку.

Реактивное ионное травление объединяет действие ионного травления и плазменного травления: Имеет место определенная анизотропия, а также осуществляется травление материалов, которые химически не реагируют с радикалами. Но прежде всего значительно повышается скорость травления. Путем обстрела ионами молекулы подложки приводятся в возбужденное состояние и благодаря этому становятся намного более химически активными.

Применение: 

  • Прежде всего при травлении полупроводников

Травление ПТФЭ

С помощью плазменной техники Diener elecronic становятся склеиваемыми даже пластмассы, которые из-за своей малой поверхностной энергии считаются «несклеиваемыми». В случае с полипропиленом (ПП), полиэтиленом (ПЭ) или полиоксиметиленом (ПОМ) это происходит путем активации в кислородной плазме. В случае с пластмассой, имеющей наиболее низкую поверхностную энергию — ПТФЭ — процесс активации недостаточен. Связи фтор-углерод не разрываются в кислородной плазме.

Однако в водородной плазме радикалы водорода соединяются с атомами фтора из ПТФЭ и таким образом разрывают углеродные связи. Фтористоводородный газ отсасывается, остаются ненасыщенные соединения углерода, к которым отлично могут присоединяться полярные молекулы жидкости.

Состоявшееся травление можно распознать по изменению цвета поверхности ПТФЭ на коричневатый.

Пример ПОМ: Перед плазменной обработкой
Пример ПОМ: После плазменной обработки:
Пример ПТФЭ: Перед плазменной обработкой
Пример ПТФЭ: После плазменной обработки: