使用等离子体进行蚀刻

分解氧化层、去除光刻胶、 矩阵的灰化、...

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等离子蚀刻是指通过 等离子工艺 去除表面上的材料。其也被称为干式蚀刻,因为常规蚀刻工艺是使用腐蚀性酸通过湿化学法进行的。工艺气体的等离子体将需要蚀刻的材料从 固态 转化为 气态 ,并通过真空泵将气态产物抽吸出来。借助掩膜可以只对部分区域或结构进行蚀刻。等离子蚀刻只能在 低压等离子体 中进行,因为 达到规定的蚀刻效果需要 较长 的处理时间,几乎所有的蚀刻气体都只能在 低压等离子体 中使用。

等离子蚀刻具有诸多应用用途。为了根据具体应用用途对蚀刻过程进行优化,提供了数目众多的可用 工艺气体 ,并且具有 3 种基本蚀刻方法可供选择。

离子蚀刻

根据具体应用情况,也称为“物理蚀刻”、“溅射”或“微喷砂”。

工艺气体是 氩气 或者其他 惰性气体,但是其离子不会形成任何自由基。蚀刻效果的基础是,通过电场中加速运动的电子所产生的动能将基材中的原子和分子分离出来。

应用用途: 

  • 表面的微结构化,例如,用于提高粘附性(“微喷砂”)
  • 蒸镀源的轰击(“溅射”)

 

因为离子蚀刻  发生化学作用,其几乎适用于 所有 基材(几乎没有选择性)。等离子体的蚀刻效果几乎仅存在于离子的 加速度方向 。作用效果是强烈的 各向异性。 

化学等离子蚀刻

所用的工艺气体,其分子在等离子体中主要分裂为自由基。蚀刻效果主要基于这些自由基与基材的原子或分子之间的反应,以及其到气态分解产物的转化。

重要应用用途: 

  • 分解氧化层
  • 去除光刻胶(“剥离”)
  • 矩阵灰化,用于分析
  • PTFE 的蚀刻
  • 半导体的结构化微结构化

等离子蚀刻是非常有选择性的,也就是说,工艺气体和基材必须很好的进行匹配。蚀刻效果是具有 各向同性的,即:各个方向上的作用均是相同的。

反应性离子蚀刻

分子气体在等离子体中形成自由基和带正电荷的离子。如果通过使电场中的离子加速,并发射到基材上进行等离子体激发,则可以将自由基的反应作用以及离子的动能用于蚀刻过程。

反应性离子蚀刻综合了离子蚀刻和等离子蚀刻的效果:其具有一定的各向异性,而且还会对未与自由基发生化学反应的材料进行蚀刻。但是,最重要的是,蚀刻速率显著增加。通过离子轰击,基材分子会进入激发态,从而更加易于发生反应。

应用用途: 

  • 主要用于蚀刻半导体

PTFE 蚀刻

通过 Diener electronic 公司的 等离子体技术还可以粘合由于其表面能较低而被认为是“不可粘合”的 塑料。对于 聚丙烯 (PP)、聚乙烯 (PE) 或聚甲醛 (POM) 而言,将通过在氧气等离子体中进行活化来达到这一目的。对于表面能最低的塑料、PTFE 而言,单单一个活化工艺流程是不够的。在氧气等离子体中,氟-碳键是无法断裂的。

但是在氢气等离子体,氢自由基会和 PTFE 的氟原子结合,并断开碳键。氟化氢气体 将被抽出,留下不饱和碳化合物,极性液体分子可在其上极佳地积聚。

通过 PTFE 表面上的 褐色 变色情况,可以识别出是否进行了蚀刻。 

常见问题

可以对金属进行蚀刻吗?

 原则上是可以对 金属 进行 蚀刻 的,不过只能使用 高腐蚀性气体,但是金属也会被其所 腐蚀 。为了 增强  蚀刻效果,可以对部件进行 预热处理  - 或者在等离子设备中安装了 腔室加热装置 的情况下 - 连续 进行加热 

可以对哪些塑料进行蚀刻?

特别是 塑料表面 可以用这种工艺方法进行 蚀刻

对于诸如  POM、PPS  和  PTFE 之类 难以涂漆 和 粘合的塑料 而言, 蚀刻是非常重要的。通过 增加表面面积 ,可以获得 更好的粘合附着性 。

典型的 蚀刻气体 是 氧气、各种 氟/氯气体化合物,还包括 氢气

可以对玻璃和陶瓷进行蚀刻吗?

在真空环境下对 玻璃 进行 等离子蚀刻 是 非常费时 而且 昂贵的。通过 电离气体粒子 只能 缓慢地 对玻璃进行分解。 玻璃 主要是由 SiO2  组成的,因此 原则上可以用氟代烃(在添加 氧气的情况下) 对其进行蚀刻 。

 较低的去除率 以及随之产生的 较长的工艺时间,是导致这种工艺方法成本较高的主要原因 

陶瓷 (例如:Al2O3)可以用 腐蚀性 和 非腐蚀性 气体 进行蚀刻

所有 含氯和含氟气体 均属于 腐蚀性气体 。 氩气 属于 非腐蚀性气体

通常来说, 含氟 气体的 去除率  其他 非腐蚀性 气体更高,而 含氯 气体的 蚀刻效果 则比非腐蚀性气体 更好。

Al2O3  最好用 含氟气体进行蚀刻。

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