1.5 Técnicas de grabado por haz de alta energía

(1) Grabado por haz de electrones

Para el grabado se utiliza el efecto químico del haz de electrones. La superficie de la pieza de trabajo se irradia con un haz de electrones de densidad de potencia bastante baja, que casi no causa aumento de la temperatura de la superficie, y cuando los electrones incidentes chocan con las moléculas del material polimérico, hacen que las cadenas moleculares se rompan o re-polimericen, causando así un cambio en las propiedades químicas y el peso molecular del material polimérico, utilizando este efecto, se puede llevar a cabo la exposición de haz de electrones. La exposición se divide principalmente en dos tipos, uno es el tipo de exploración de haz de electrones, se centrará dentro de 1 μm haz de electrones en el rango de alrededor de 0,5 ~ 5 mm de exploración, puede exponer cualquier gráfico; el otro es un tipo de proyección reducida exposición de haz de electrones, de modo que el haz de electrones primero a través de la placa de máscara, y luego a 1/5 ~ 1/10 de la relación de reducido, proyectado sobre la resistencia electrónica para la exposición de gráficos de circuitos integrados a gran escala. El grabado por haz de electrones es actualmente la mejor tecnología de producción de gráficos de alta resolución, en condiciones de laboratorio, hasta 2 nm de tamaño de característica, en la producción, por lo general también puede alcanzar 0,5 ~ 1 μm de tamaño de característica.

El tratamiento por haz de electrones se realiza en condiciones de vacío. En un entorno de vacío, los electrones pueden moverse a gran velocidad, el cátodo no se oxida y la superficie a procesar está protegida de la oxidación del vapor. Debido a la necesidad de estar en el vacío, existen ciertas limitaciones.

(2) Grabado por haz de iones

El grabado por haz de iones es un método de microfabricación que utiliza iones de elementos gaseosos inertes u otros elementos acelerados en una corriente de haz de iones de alta velocidad en un campo eléctrico para realizar diversos procesos de microfabricación con su energía cinética. Es un método prometedor de procesamiento con una amplia gama de capacidades de proceso en precisión submicrónica e incluso milimétrica. Puede dividirse en:

① Proceso de eliminación. En primer lugar, argón, criptón o xenón y otros gases inertes en una cámara de ionización de bajo vacío, con descarga de alta frecuencia o descarga de CC para que sea igual ionización (es decir, el número de iones positivos y el número de iones negativos mezcla igual), en el papel de los electrodos de aceleración, los iones del plasma se extrae en un haz, desde la superficie de la pieza de trabajo para golpear los átomos o moléculas, de modo que usted puede completar directamente la superficie de procesamiento de piezas de trabajo o grabado gráfico. El fresado iónico, el pulido iónico, el adelgazamiento iónico y el pulverizado iónico utilizan este principio.

② Proceso de recubrimiento. El proceso de microfabricación consistente en adherir iones incidentes de baja energía a la superficie de una pieza se denomina proceso de adhesión iónica. Un proceso típico de adhesión iónica es el recubrimiento iónico. En el recubrimiento iónico, los átomos o moléculas impactados por el haz de iones se adhieren a la superficie de la pieza de trabajo con gran energía, lo que da como resultado una alta resistencia del recubrimiento y una buena calidad del mismo. Con la tecnología de recubrimiento iónico se pueden producir películas de mejora de superficies resistentes al desgaste, a la corrosión y al calor, así como películas para electrónica, semiconductores y circuitos integrados.

(iii) Procesamiento por inyección. La inyección de iones es el ion acelerado a decenas o cientos de kiloelectronvoltios (keV) de energía, después de bombardear la superficie de la pieza de trabajo, la capa superficial de la pieza de trabajo de iones de alta velocidad en la brecha atómica o en forma de átomos de reemplazo incrustados en la superficie de la pieza de trabajo y retenidos en la capa superficial del proceso. En la fabricación de circuitos integrados, la implantación de iones puede controlar la cantidad de dopaje para obtener parámetros eléctricos uniformes del circuito integrado, y en la fabricación de piezas, la implantación de iones puede utilizarse para lograr la modificación de la superficie metálica.

④ Escritura por haz de iones. A diferencia de la exposición por haz de electrones, la exposición por haz de electrones, el principal factor que afecta a la resolución es la sensibilidad del gel fotográfico, la generación de electrones secundarios y el sustrato de los electrones reflejados, mientras que la masa de iones es mucho mayor que los electrones, dispersos en el sólido pequeño, en el sustrato para producir un efecto de retrodispersión débil, causada por el efecto de proximidad pequeña, por lo que puede producir un ancho de línea de menos de 0,1μm precisión micro-finos gráficos. Debido a la gran masa de iones y partículas grandes, la resistencia después de entrar en la resistencia es también grande, por lo que el rango es más corto, por lo que la energía de iones es totalmente absorbida por la resistencia, por lo que la sensibilidad de la resistencia aumenta.

(3) Grabado con plasma

El grabado por haz de iones es un proceso de grabado basado en la acción física. El grabado por plasma es un proceso de grabado químico. En el grabado por plasma, se utiliza un plasma a baja temperatura, en el que los radicales libres son químicamente activos y la reacción química con el material grabado se utiliza para grabar el material de película fina.

(4) Grabado láser

El grabado láser utiliza principalmente láseres de estado sólido, los láseres de CO2 tienen longitudes de onda largas y generalmente no son adecuados para la microfabricación. Teóricamente, el diámetro del punto láser se puede enfocar a 1 μm, pero ahora el material de trabajo del láser, debido a la calidad desigual del material y la distribución de la temperatura interna y otros factores, la formación del láser es propensa a múltiples oscilaciones u oscilaciones excéntricas, por lo que el ángulo de divergencia del láser aumenta, es difícil enfocar a aproximadamente 1 μm. Sin embargo, debido a la distribución de la intensidad en el plano focal, hay una zona de concentración de energía estrecha, de modo que hay un umbral de densidad de energía que se puede utilizar para el procesamiento, de modo que el agujero puede ser procesado que el diámetro del punto del haz es pequeño. Las perforaciones láser pueden ser tan pequeñas como de unos 10 μm y tener una relación profundidad-diámetro de 5 o más.

Los principales factores que afectan a la precisión del grabado láser son el efecto de la potencia de salida y la anchura del pulso; el efecto de la longitud focal y el ángulo de divergencia; y el efecto de la posición del punto focal;El efecto de la distribución de la energía dentro del punto; el efecto de la irradiación láser múltiple y el efecto del material de la pieza, etc.