濺射蝕刻

乾法蝕刻有濺射蝕刻、等離子蝕刻和反應離子蝕刻三種主要方法。離濺射蝕刻利用低氣壓下惰性氣體輝光放電所產生的離子加速後入射到薄膜表面使裸露的薄膜被濺射而除去。濺射蝕刻又稱為離子銑蝕刻。

基本介紹

• 中文名：濺射蝕刻
• 外文名：Sputtering etching
• 別名：離子銑蝕刻
• 原理：低氣壓下惰性氣體輝光放電
• 套用：塑膠表面改性

乾法蝕刻

等離子蝕刻利用氣壓為10~1000Pa的特定氣體的輝光放電，產生能與薄膜發生離子化學反應的分子或分子基團。反應離子蝕刻同時兼有物理和化學兩種作用，輝光放電在零點幾到幾十帕的低真空下進行，矽片處於陰極電位，大量帶電粒子受垂直於矽片表面的電場加速，垂直人射到矽片表面上，以較大的動量進行物理蝕刻，同時還與薄膜表面發生強烈的化學反應，產生化學蝕刻。最普通的乾法蝕刻為等離子蝕刻，等離子蝕刻設備由一個真空腔體和真空系統、一個氣體系統（用於提供精確的氣體種類和流量）、射頻電源及其調節匹配電路系統組成。

濺射蝕刻反應器

在濺射蝕刻中，反應器由一真空室和兩個扁平電極組成。兩電極表面尺寸不同，相距幾厘米（平行屏極反應器，如圖《濺射蝕刻反應器》所示）。

濺射蝕刻反應器

蝕刻晶片放在底部電極上，以便與氣體放電直接接觸。惰性氣體的壓力一般選為5X10~10mbar（0.5~10Pa），惰性氣體一般選用氬。大電極接地，另外一個電極通過耦合電容與高頻電源相連，電壓約0.1~1kV。在這些條件下，兩電極間產生氣體放電，但亮區只限於兩板極間的中間區域，與兩電極相鄰的區域為暗區。對於尺寸不同的兩電極，小電極附近暗區的電壓降比大電極附近暗區的電壓降大，因為電壓降與表面積的4次冪成反比。在這樣的高頻放電中，與電漿電勢相比，電極為負電勢。這是由於電子的遷移率比離子大，所以電子可以在RF（13.56MHz）的半個周期內很容易地到達電極。由於電極為負電勢，離子便加速向兩電極運動，並使裝在電極上的基底產生濺射。離子對小電極的撞擊作用（在另一個半周期中）要比對大電極的撞擊強得多。不過大電極上還是會發生少量濺射，從而產生不需要的污染。

當氣體壓力較低時，離子的平均自由軌跡相比被蝕刻的結構尺寸大，對加速運動很重要的電場線與基底表面相垂直。導致任意布勞恩運動的熱能相比加速電壓引起的能量小，因此濺射蝕刻呈高度各向異性。

當氣體壓力較高時，離子散布於電漿與基底間的暗區，結果速度矢量的橫向分量增加。如果表面結構尺寸接近暗區距離尺寸，則電場線就會扭曲，結果會使濺射蝕刻的各向異性減弱。

塑膠表面濺射蝕刻處理改性

塑膠表面濺射蝕刻處理改性是在陰陽兩極之間施加高頻電壓（數乾伏），使之在真空條件下陰陽兩極之間產生輝光放電，結果兩極間的惰性氣體或可反應性氣體發生電離，從而形成陽離子；這種陽離子受陰極吸引具有很大的動能，並快速沖向陰極，猛烈衝擊陰極上的塑膠製品；這種反覆的猛烈衝擊，使陰極上的塑膠製品表面被機械地粗化處理，從而提高其附著性能。

表面濺射蝕刻的改性機理為使塑膠製品表面粗化。

以PTFE為例，在具體處理過程中，要保持一定的壓力，一般在10~10MPa壓力下，濺射時間為30s左右。對於PTFE薄膜而言，當濺射時間超過50s以上，其附著物的剝離強度即大於用鈉—萘分散液處理的強度。