等离子蚀刻

等离子蚀刻是指通等离子工艺去除表面上的材料。其也被称为干式蚀刻,因为传统蚀刻工艺是使用腐蚀性酸进行湿式蚀刻的。工艺气体的等离子体将待蚀刻材料从固相转化为气相,并通过真空泵将气相产物抽吸出来。借助掩膜可以只对部分区域或结构进行蚀刻。仅在低压等离子体中进行等离子蚀刻,因为

  • 达到规定的蚀刻作用,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。

等离子蚀刻具有很多的应用用途。对于蚀刻过程的优化而言,提供了数目众多的可用工艺气体,并有 3 种基本蚀刻方法以供选择。

离子刻蚀

根据具体应用情况,除了可称为“物理蚀刻”,“溅射”以外,还可称为“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。电场中加速运动的电子所产生的动能会将基材中的原子和分子分离出来,这正是蚀刻作用的原理。

应用用途:

  • 表面的微结构化,例如,用于提高粘合力(“微喷砂”)
  • 蒸镀源的喷射(“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)。等离子体的蚀刻作用基本都是有离子加速度方向所决定的。其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。蚀刻作用主要基于这些自由基与基材的原子或分子之间的反应,以及其转化得到的气相分解产物。

重要应用用途:

  • 氧化层的降解
  • 去除光刻胶(“剥离”)
  • 矩阵灰化,用于分析
  • 蚀刻 PTFE
  • 半导体的结构化和微结构化

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。蚀刻作用是具有各向同性的,即,各个方向上的作用均是相同的。

反应性离子蚀刻

气体分子在等离子体中形成自由基和带正电荷的离子。如果进行了等离子激发,从而使电场中的离子加速,并射入至基材,则蚀刻过程除了可以利用离子的动能之外还可以利用自由基的反应性作用。

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,而且未与自由基发生化学反应的材料会被蚀刻。首先,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

蚀刻 PTFE

通过 Diener elecronic 公司的等离子体技术还适用于使塑料具有粘合性,这是因为其表面能量壁“非粘合性”材料更低。对于聚丙烯 (PP),聚丙烯 (PP),聚乙烯 (PE) 或聚甲醛 (POM) 而言,是通过氧气等离子体中活化达到这一目的的。对于具有最低表面能量的塑料、PTFE 而言,仅活化处理是不够的。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。将氟化氢气体完全抽出,但仍然存在着非饱和性碳化合物,其会显著吸附积聚极性液体分子。

如果 PTFE 表面上存在褐色的变色情况,则表面蚀刻成功完成。

POM 示例:等离子处理前
POM 示例:等离子处理后
PTFE 示例:等离子处理前
PTFE 示例:等离子处理后