Suché leptanie vs. Mokré leptanie

Zavedenie

Leptanie je kritický proces pri výrobe materiálu, najmä v odvetviach, ako je výroba polovodičov, elektronika, a mikrovýroba. Proces zahŕňa odstránenie materiálu zo substrátu na vytvorenie vzorov alebo štruktúr. Bežne sa používajú dve hlavné metódy leptania: suché leptanie a mokré leptanie. Každá metóda má svoje výhody, nevýhody, a špecifické prípady použitia. Tento blog bude skúmať kľúčové rozdiely medzi suchým a mokrým leptaním, ich výhody, žiadosti, a ako zvoliť vhodnú metódu pre konkrétny projekt.

1. Prehľad typov leptania: Suché leptanie vs. Mokré leptanie

Leptanie možno vo všeobecnosti rozdeliť do dvoch typov: suché leptanie a mokré leptanie. Každý má svoje metódy, procesy, výhody, a nevýhody.

Proces suchého leptania

Suché leptanie je dnes najpoužívanejšou metódou leptania. Zahŕňa použitie vysokej energie, neutrálne nabité ióny na leptanie špecifického povrchu substrátu. Tieto ióny vznikajú premenou reaktívnych plynov na plazmu pomocou rádiofrekvencie (RF) pole, preto pojem „plazmové leptanie“.

Však, nie všetky techniky suchého leptania využívajú plazmu. Niektoré metódy využívajú rôzne prístupy.

Na udržanie procesu, nepretržitý prísun reaktívnych plynov, ako je argón, kyslík, hélium, a dusík - je potrebný, aby ich RF pole mohlo konzistentne premieňať na plazmu.

Suché leptanie je uprednostňované pred mokrým leptaním, pretože produkuje menej odpadu a používa menej chemikálií. Navyše, umožňuje izotropné aj anizotropné leptanie, poskytuje strojníkom väčšiu kontrolu nad presnosťou leptania.

Typy suchého leptania

• Reaktívne iónové leptanie (RIE): RIE kombinuje fyzikálne naprašovanie s chemickými reakciami na odstránenie materiálu. Je to užitočné najmä na vytváranie jemných, štruktúry s vysokým pomerom strán.
• Rozprašovacie leptanie/Iónové frézovanie: Táto metóda využíva iónové bombardovanie na fyzické odstránenie materiálu, často sa používa na leptanie kovov a izolantov.
• Hlboké reaktívne iónové leptanie (TRI): DRIE je optimalizovaný na vytváranie hĺbok, štruktúry s vysokým pomerom strán, ako tie, ktoré sa nachádzajú v MEMS (Mikro-elektro-mechanické systémy).

Výhody a nevýhody suchého leptania

1. Výhody:

• Vysoké smerové ovládanie: Suché leptanie môže vytvoriť veľmi presné a vertikálne bočné steny.
• Lepšie rozlíšenie: Vhodné na vytváranie jemnejších detailov a štruktúr s vysokým pomerom strán.
• Znížené bočné leptanie: Minimalizuje nežiaduce leptanie priľahlých materiálov.
• Vhodné pre viacvrstvové konštrukcie: Suché leptanie sa často používa pri práci s viacerými materiálmi na jednom substráte.

2. Nevýhody:

• Vyššie náklady: Vyžaduje špecializované vybavenie a kontrolované prostredie.
• Komplexné nastavenie: Na prevádzku a údržbu zariadenia je potrebná väčšia technická odbornosť.
• Potenciálne poškodenie: To môže spôsobiť fyzické poškodenie substrátu bombardovaním iónmi.

Proces mokrého leptania

Mokré leptanie využíva tekuté roztoky, známe ako leptadlá, ako médium na odstraňovanie materiálu. Tieto riešenia, ako je kyselina fluorovodíková a kyselina chlorovodíková, sú vysoko korozívne a účinne rozpúšťajú podkladový materiál. Na zachovanie zamýšľaných plôch substrátu, ochranné masky vyrobené z materiálov odolných voči leptaniu, ako sú oxidy, chróm, alebo sa aplikuje zlato.

Postup je pomerne jednoduchý: maskovaný substrát je vystavený leptadlu, ktorý potom nechránené vrstvy rozpúšťa. S primeranou expozíciou, iba chránené časti substrátu zostávajú nedotknuté.

Hoci izotropný charakter mokrého leptania viedol k poklesu jeho používania medzi odborníkmi, niektorí vyvinuli techniky, aby bol proces anizotropnejší, čím sa zvýši jeho užitočnosť.

Typy mokrého leptania

• Metóda namáčania: V najjednoduchšej forme mokrého leptania, substráty sú ponorené do chemického roztoku, ktorý selektívne leptá materiál.
• Metóda odstreďovania a rozprašovania: Tento spôsob zahŕňa striekanie leptacieho roztoku na rotujúci substrát, poskytuje viac kontrolovaný proces leptania.

Výhody a nevýhody mokrého leptania

1. Výhody:

• Jednoduchosť: Vyžaduje menej sofistikované vybavenie a ľahšie sa nastavuje.
• Nižšie náklady: Lacnejšie na implementáciu a údržbu.
• Všestrannosť: Užitočné pre širokú škálu materiálov a zvládne väčšie podklady.

2. Nevýhody:

• Nedostatok smerovej kontroly: Výsledkom je izotropné leptanie, čo môže ovplyvniť bočné rozmery.
• Pomalšie rýchlosti leptania: Typicky nie také rýchle ako suché leptacie procesy.
• Menej presnosti: Nie je ideálne na vytváranie jemných, štruktúry s vysokým pomerom strán.

2. Aký je rozdiel medzi suchým leptaním a mokrým leptaním?

Primárny rozdiel spočíva v médiu použitom na leptanie a výsledných profiloch leptania:

• Suché leptanie je všeobecne anizotropný a využíva plazmové alebo iónové lúče vo vákuovom prostredí na odstránenie materiálu zo substrátu. Suché leptanie poskytuje lepšiu kontrolu nad profilmi leptania, vďaka tomu je vhodný pre aplikácie vyžadujúce jemné detaily a vysokú presnosť.
• Mokré leptanie je izotropný, pomocou tekutých chemikálií, a je vhodnejší pre aplikácie, kde sa vyžaduje rovnomerné odstránenie vo všetkých smeroch. Mokré leptanie, a zároveň nákladovo efektívnejšie, má tendenciu byť menej presné a je vhodnejšie pre aplikácie, kde vysoká presnosť nie je taká kritická.

3. Faktory, ktoré treba zvážiť pri výbere metódy leptania

Pri výbere metódy leptania, na zabezpečenie najlepších výsledkov pre danú aplikáciu je potrebné zvážiť niekoľko faktorov. To zahŕňajú:

Selektivita

Selektivita sa vzťahuje na schopnosť procesu leptania odstrániť jeden materiál, zatiaľ čo iný materiál zostane relatívne nedotknutý. Pri práci s viacvrstvovými materiálmi je rozhodujúce vysoko selektívne leptanie, kde je potrebné presné leptanie na odstránenie len určitých vrstiev bez poškodenia iných. ako pri výrobe polovodičov.

Rýchlosť leptania

Rýchlosť leptania je hrúbka leptaného materiálu za jednotku času. Jeho synonymom je rýchlosť leptania. Operátori to merajú v nanometroch za minútu (nm/min) alebo mikrometrov za minútu (um/min). Rýchlosť, ktorou sa materiál odstraňuje, môže ovplyvniť účinnosť procesu. Pre veľkoobjemovú výrobu môže byť žiaduca vyššia rýchlosť leptania, ale musí byť v rovnováhe s potrebou presnosti a kontroly.

Jednotnosť leptania

Rovnomernosť zaisťuje, že leptaný vzor je konzistentný po celom povrchu. Toto je obzvlášť dôležité v aplikáciách, kde je kritická rozmerová presnosť, ako pri výrobe mikroelektronických zariadení.

Ďalšie úvahy

• Izotropné leptanie: Tento typ leptania odstraňuje materiál rovnomerne vo všetkých smeroch, ktorý je vhodný na vytváranie zaoblených alebo podrezaných prvkov. Však, Tento výsledok nie je presný, a jeho presnosť by mohla spôsobiť podrezanie vrstiev, ktoré nie sú určené na odstránenie.
• Anizotropné leptanie: Táto metóda selektívne odstraňuje materiál v smere kolmom na povrch, umožňujúce vytváranie zvislých stien a hlbokých výkopov. Je to presnejšia forma leptania a funguje pri vytváraní kruhových vzorov na substráte.

5. Záver

Voľba medzi suchým leptaním a mokrým leptaním závisí od špecifických požiadaviek aplikácie, ako je presnosť, náklady, a priepustnosť. Suché leptanie je ideálne pre vysoko presné aplikácie, kým mokré leptanie je vhodnejšie pre veľkoplošné, nákladovo efektívna výroba. Pochopenie rozdielov medzi týmito metódami pomáha výrobcom a inžinierom vybrať najlepší prístup pre ich potreby.

Odkaz na obsah：https://en.wikipedia.org/wiki/Etching

6. Časté otázky

 

Otázka: Ktorá metóda leptania je lepšia voľba: suché leptanie alebo mokré leptanie?

A: Výber závisí od konkrétnych požiadaviek aplikácie. Suché leptanie sa uprednostňuje pre vysoko presné aplikácie, kde je potrebné anizotropné leptanie a jemná kontrola, ako pri výrobe polovodičov. Mokré leptanie je vhodnejšie pre aplikácie, ktoré vyžadujú izotropné leptanie a je jednoduchšie, nákladovo efektívne nastavenia, ako v niektorých výrobných procesoch PCB.

Otázka: Ktorý z týchto dvoch procesov leptania je cenovo dostupnejší?

A: Mokré leptanie je vo všeobecnosti cenovo dostupnejšie vďaka jednoduchšiemu nastaveniu a nižším prevádzkovým nákladom. Zariadenie na suché leptanie je drahšie a vyžaduje prostredie s kontrolovaným vákuom, čo zvyšuje celkové náklady. Však, nákladová efektívnosť sa môže meniť v závislosti od objemu výroby a zložitosti potrebného leptania.

Otázka: Aký je rozdiel medzi laserovým leptaním a laserovým gravírovaním?

A: Laserové leptanie zvyčajne označuje proces odstraňovania materiálu z povrchu na vytvorenie dizajnu alebo textu, často na účely označovania. Laserové gravírovanie, na druhej strane, je hlbší a vytvára prehĺbenú oblasť v materiáli, často sa používa na trvalé označenie alebo dekoráciu.

Otázka: Môže byť mokré leptanie anizotropné?

A: Mokré leptanie je vo svojej podstate izotropné, môžu sa použiť niektoré techniky na zvýšenie anizotropie. Napríklad, použitie teplotných gradientov alebo špeciálnych leptacích zmesí môže ovplyvniť rýchlosť leptania v rôznych smeroch. Však, dosiahnutie skutočnej anizotropie porovnateľnej so suchým leptaním zostáva náročné.