Etching al plasma

L’etching al plasma è la rimozione di materiale dalle superfici attraverso i processi al plasma. Questo processo viene indicato anche come etching a secco (dry etching, plasma stripping), poiché i processi di etching convenzionali sono effettuati con acidi corrosivi. I plasmi dei gas di processo convertono il materiale da etching dalla fase solida alla fase gassosa, mentre la pompa da vuoto estrae i prodotti gassosi. L’impiego di maschere può inoltre garantire l’incisione di certe zone della superficie o di strutture. L’etching al plasma viene eseguito solo con il plasma a bassa pressione a causa di:

  • effetti significativi di etching richiedono tempi di trattamento più lunghi.
  • quasi tutti i gas di etching possono essere solo utilizzati in plasma a bassa pressione.

Ci sono molte applicazioni per la procedura di plasma-etching. Per l’ottimizzazione del processo di etching in base all’applicazione sono disponibili diversi possibili gas di processo e la selezione dei seguenti 3 metodi di etching:

Etching con ioni (ion-etching)

A seconda dell’applicazione, questo processo è noto anche come “etching fisico”, “sputtering/sputter etching” o “micro-sabbiatura”. I gas di processo sono argon o gas nobili, gli ioni non formano radicali liberi. L’effetto di etching si basa sulla espulsione di atomi o molecole dal substrato attraverso l’energia cinetica degli elettroni accelerati nel campo elettrico.

Applicazioni:

  • Formazione di microstrutture di superfici come quelle per migliorare l’adesione (“micro-sabbiatura”)
  • Bombardamento di una sorgente di evaporazione (“sputtering”)

Poiché l’etching con ioni non agisce chimicamente, funziona su quasi qualsiasi substrato (poco selettivo). L’effetto di etching al plasma si verifica quasi esclusivamente nella direzione di accelerazione degli ioni, cioè del campo elettrico. Il self-biasing aumenta l’efficienza del processo. L’effetto è fortemente anisotropo.

Etching chimico al plasma

I gas di processo utilizzati sono quelli che presentano molecole che principalmente si dividono in radicali in presenza del plasma. L’effetto di etching si basa principalmente sulla reazione chimica di questi radicali con atomi o molecole del substrato, convertendoli in prodotti di degradazione gassosi.

Applicazioni principali:

  • Rimozione degli strati di ossido
  • Rimozione dei fotoresist (“stripping”)
  • Incerimento di matrici per l’analisi (“plasma ashing”)
  • Etching di PTFE
  • Strutturazione e microstrutturazione di semiconduttori

L’etching al plasma è un processo molto selettivo, cioè i gas e substrati di processo devono essere correttamente combinati. L’etching è isotropo, cioè agisce egualmente su tutti i lati, e la velocità di corrosione dipende fortemente dalla quantità di materiale presente nella camera (“loading effect”). Siccome avviene tramite radicali e non ioni si parla anche di “reactive neutral gas etching, RNE”.

Etching reattivo ad ioni (RIE reactive ion-etching)

I gas molecolari formano radicali e ioni positivi nel plasma. L’effetto dei radicali reattivi può essere utilizzato per il processo di etching, così come l’energia cinetica degli ioni.

L’etching reattivo con ioni combina gli effetti dell’etching con ioni e dell’etching al plasma: una certa quantità di anisotropia viene creata, mentre i materiali che non reagiscono chimicamente con i radicali possono essere incisi dal plasma generato. E’ possibile di spostare il processo verso uno dei due effetti in base agli obiettivi, a volte in contrasto tra di loro, da raggiungere (etching rate, selettività, isotropia etc..).

Applicazione:

  • etching di semiconduttori

Etching di POM e PTFE

La tecnologia al plasma viene spesso utilizzata per l’attivazione di materie plastiche, che altrimenti sarebbero considerati “non-aderenti” a causa della loro bassa energia superficiale. Per polipropilene (PP), polietilene (PE) o poliossimetilene (POM), questo effetto si ottiene attraverso l’attivazione in un plasma di ossigeno. Per il materiale plastico con energia superficiale più bassa, il PTFE, il processo di attivazione non è sufficiente. I legami di fluoro-carbonio non possono essere distrutti in un plasma di ossigeno.Tuttavia, nel plasma ad idrogeno, i radicali di idrogeno si combinano con gli atomi di fluoro del PTFE e quindi i legami di carbonio possono essere rotti. Il gas di fluoruro di idrogeno viene estratto, mentre i legami di carbonio insaturi rimangono, assicurando l’attacco a questi delle molecole polari liquidi. L’etching eseguito con successo è riconoscibile da una colorazione marrone sulla superficie PTFE.

Esempio POM: Prima del trattamento al plasma
Esempio POM: Dopo il trattamento al plasma
Esempio PTFE: Prima del trattamento al plasma
Esempio PTFE: Dopo il trattamento al plasma