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,見下圖)。
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。