Плазменное травление
Снятие оксидных слоев, удаление фоторезиста, озоление матриц, ...
Плазменное травление заключается в снятии материала с поверхностей с использованием плазменных процессов. Его называют также сухим травлением – в контрасте с традиционными мокрыми процессами травления, в которых используются агрессивные кислоты. Плазма технологических газов преобразовывает протравливаемый материал из твердого в газообразное агрегатное состояние, а вакуумный насос отсасывает газообразные продукты. Метод маскирования позволяет выполнять травление лишь отдельных участков или структур. Плазменное травление выполняется только в плазме низкого давления. Это обусловлено тем, что заметный эффект травления достигается путем длительной обработки, и все травящие газы могут использовать только в плазме низкого давления.
Для плазменного травления существует большое количество возможностей применения. Индивидуальная оптимизация процесса травления достигается с помощью многочисленных технологический газов в 3 основополагающих методах травления.
Атом подложки
Технологический газ для плазменной обработки
Маска для травления
Ионное травление
В зависимости от случая применения называется также физическим травлением, ионным распылением и микропескоструйной обработкой.
В качестве технологического газа используется аргон или другой инертный газ, который образует ионы, но не радикалы. Эффект травления основан на выбивании атомов или молекул из субстрата под действием кинетической энергии электронов, ускоренных в электрическом поле.
Применение:
- Микроструктурирование поверхностей, например, для улучшения сцепления (микропескоструйная обработка)
- Бомбардировка источника испарения (ионное распыление)
Ионное травление действует не химическим путем, поэтому оно функционирует почти на каждом субстрате (практически неизбирательно). Действие травления плазмы присутствует почти исключительно в направлении ускорения ионов. Действие сильно неизотропное.
Химическое плазменное травление
Используются технологические газы, молекулы которых в плазме преимущественно расщепляются на радикалы. Эффект травления основывается на реакции этих радикалов с атомами или молекулами субстрата и преобразовании их в газообразные продукты распада.
Основные области применения:
- Снятие оксидных слоев
- Удалениефоторезиста (ионное распыление)
- Озоление матриц в целях анализа
- Травление PTFE
- Структурирование и микроструктурирование полупроводников
Плазменное травление действует очень избирательно – технологические газы и субстраты должны строго соответствовать друг другу. Эффект травления изотропный, 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, а также кинетическую энергию ионов – если плазма возбуждается таким образом, что ионы ускоряются в электрическом поле и направляются на субстрат.
Реактивное ионное травление объединяет действие ионного и плазменного травления: существует определенная анизотропия, осуществляется травление материалов, не вступающих в химическую реакцию с радикалами. Но в первую очередь значительно повышается скорость травления. При бомбардировке ионами молекулы субстрата приводятся в возбужденное состояние, поэтому значительно более активно вступают в реакцию.
Применение:
- В первую очередь – травление полупроводников
Травление PTFE
Плазменная техника Diener electronic позволяет склеивать пластмассы, из-за низкой поверхностной энергии считающиеся несклеиваемыми. В случае с полипропиленом (PP), полиэтиленом (PE) и полиоксиметиленом (POM) это обеспечивается за счет активациив кислородной плазме. При обработке пластмассы с наименьшей поверхностной энергией (PTFE) недостаточно лишь выполнить активацию. Связи фтора и углерода не разрываются в кислородной плазме.
В водородной плазме радикалы водорода соединяются с атомами фтора в PTFE и за счет этого разрывают углеродные связи. Фтористоводородныйгаз отсасывается, остаются ненасыщенные соединения углерода, к которым легко могут присоединяться полярные молекулы жидкости.
Выполненное травление можно распознать по коричневой окраске на поверхности PTFE.
Плазма
Углеродный полимер
Фтор
Водород
FAQ Часто задаваемые вопросы
Возможно ли травление металлов?
Травление металлов в принципе возможно, однако только с использованием высококоррозионных газов, которые, в свою очередь, могут вызывать коррозию металла. Для усиления эффекта травления детали можно предварительно нагреть — или, если в плазменной установке установлена система нагрева камеры, — нагревать их в непрерывном режиме.
Какие пластики поддаются травлению?
В первую очередь этими процессами подвергаются травлению пластиковые поверхности. Травление играет очень важную роль при работе с пластиками, которые трудно окрашивать и склеивать, такими как POM, PPS и PTFE. Благодаря увеличению площади поверхности достигается лучшая адгезия. Типичными газами для травления являются кислород, фтор, а также водород.
Можно ли травить стекло и керамику?
Плазменное травление стекла в вакууме — это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Ионизированные частицы газа разрушают стекло весьма медленно. Стекло в основном состоит из SiO₂, поэтому в принципе его можно травить с помощью фторированных углеводородов (с добавлением кислорода).
Низкая скорость удаления материала и связанное с этим длительное время обработки обусловливают высокую стоимость таких процессов.
Керамические материалы (например, Al₂O₃) можно травить как коррозионными, так и некоррозионными газами. К коррозионным газам относятся все газы, содержащие фтор. К некоррозионным газам относится аргон. В целом можно сказать, что газы, содержащие фтор, обладают более высокой скоростью удаления материала, чем другие некоррозионные газы. Al₂O₃ лучше всего поддается травлению газами, содержащими фтор.
Какой объем материала можно удалить при травлении?
В зависимости от подложки с помощью установки низкодавления плазмы можно удалить слой материала с поверхности до размеров в нижнем диапазоне микрометров (< 1 микрометр).
Как долго сохраняется эффект от травления?
При травлении поверхности материал удаляется, благодаря чему травление сохраняется навсегда.
Что можно травить?
Все пластики и органические материалы поддаются травлению. Неорганические материалы — по запросу.
