Khắc khô vs. Khắc ướt

Giới thiệu

Khắc là một quá trình quan trọng trong chế tạo vật liệu, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như sản xuất chất bán dẫn, thiết bị điện tử, và chế tạo vi mô. Quá trình này bao gồm việc loại bỏ vật liệu khỏi chất nền để tạo ra các mẫu hoặc cấu trúc. Hai phương pháp khắc chính thường được sử dụng: khắc khô và khắc ướt. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm, nhược điểm, và trường hợp sử dụng cụ thể. Blog này sẽ khám phá những khác biệt chính giữa khắc khô và khắc ướt, lợi ích của họ, ứng dụng, và cách chọn phương pháp thích hợp cho một dự án cụ thể.

1. Các loại khắc Tổng quan: Khắc khô vs. Khắc ướt

Khắc có thể được phân loại thành hai loại: khắc khô và khắc ướt. Mỗi cái đều có phương pháp của nó, quá trình, thuận lợi, và nhược điểm.

Quá trình khắc khô

Khắc khô là phương pháp khắc được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Nó liên quan đến việc sử dụng năng lượng cao, các ion tích điện trung tính để ăn mòn bề mặt cụ thể của chất nền. Những ion này được tạo ra bằng cách chuyển đổi khí phản ứng thành plasma bằng tần số vô tuyến (RF) cánh đồng, do đó có thuật ngữ “khắc plasma”.

Tuy nhiên, không phải tất cả các kỹ thuật khắc khô đều sử dụng plasma. Một số phương pháp sử dụng các cách tiếp cận khác nhau.

Để duy trì quá trình, nguồn cung cấp khí phản ứng liên tục—chẳng hạn như argon, ôxy, khí heli, và nitơ—là cần thiết để trường RF có thể chuyển đổi chúng thành plasma một cách nhất quán.

Khắc khô được ưa chuộng hơn khắc ướt vì nó tạo ra ít chất thải hơn và sử dụng ít hóa chất hơn. Ngoài ra, nó cho phép ăn mòn đẳng hướng và dị hướng, cung cấp cho thợ máy khả năng kiểm soát tốt hơn về độ chính xác khắc.

Các loại khắc khô

• Khắc ion phản ứng (RIE): RIE kết hợp phún xạ vật lý với phản ứng hóa học để loại bỏ vật liệu. Nó đặc biệt hữu ích cho việc tạo ra, cấu trúc có tỷ lệ khung hình cao.
• Phay khắc / phay ion: Phương pháp này sử dụng sự bắn phá ion để loại bỏ vật chất, thường được sử dụng để khắc kim loại và chất cách điện.
• Khắc ion phản ứng sâu (BA): DRIE được tối ưu hóa để tạo sâu, cấu trúc có tỷ lệ khung hình cao, chẳng hạn như những thứ được tìm thấy trong MEMS (Hệ thống cơ điện vi mô).

Ưu điểm và nhược điểm của khắc khô

1. Thuận lợi:

• Kiểm soát hướng cao: Khắc khô có thể tạo ra các thành bên rất chính xác và thẳng đứng.
• Độ phân giải tốt hơn: Thích hợp để tạo các chi tiết đẹp hơn và cấu trúc có tỷ lệ khung hình cao.
• Giảm khắc bên: Nó giảm thiểu sự ăn mòn không mong muốn của các vật liệu lân cận.
• Thích hợp cho cấu trúc nhiều lớp: Khắc khô thường được sử dụng khi xử lý nhiều vật liệu trên một bề mặt.

2. Nhược điểm:

• Chi phí cao hơn: Yêu cầu thiết bị chuyên dụng và môi trường được kiểm soát.
• Thiết lập phức tạp: Cần thêm chuyên môn kỹ thuật để vận hành và bảo trì thiết bị.
• Thiệt hại tiềm tàng: Điều này có thể gây ra thiệt hại vật lý cho chất nền thông qua việc bắn phá ion.

Quá trình khắc ướt

Khắc ướt sử dụng dung dịch lỏng, được biết đến như là chất khắc, làm phương tiện để loại bỏ vật liệu. Những giải pháp này, như axit flohydric và axit clohiđric, có tính ăn mòn cao và hòa tan hiệu quả vật liệu nền. Để bảo vệ các khu vực dự định của chất nền, mặt nạ bảo vệ làm từ vật liệu chống ăn mòn như oxit, crom, hoặc vàng được áp dụng.

Quá trình này tương đối đơn giản: chất nền được che chắn được tiếp xúc với chất ăn mòn, sau đó hòa tan các lớp không được bảo vệ. Với mức độ tiếp xúc vừa đủ, chỉ những phần được bảo vệ của chất nền vẫn còn nguyên vẹn.

Mặc dù bản chất đẳng hướng của phương pháp khắc ướt đã dẫn đến sự suy giảm việc sử dụng nó giữa các chuyên gia, một số đã phát triển các kỹ thuật để làm cho quá trình trở nên dị hướng hơn, từ đó nâng cao tiện ích của nó.

Các loại khắc ướt

• Phương pháp nhúng: Ở dạng khắc ướt đơn giản nhất, Chất nền được ngâm trong dung dịch hóa học ăn mòn có chọn lọc vật liệu.
• Phương pháp quay và phun: Phương pháp này liên quan đến việc phun dung dịch khắc lên chất nền quay, cung cấp một quá trình khắc được kiểm soát tốt hơn.

Ưu điểm và nhược điểm của khắc ướt

1. Thuận lợi:

• Đơn giản: Yêu cầu thiết bị ít phức tạp hơn và dễ cài đặt hơn.
• Chi phí thấp hơn: Rẻ hơn để thực hiện và bảo trì.
• Tính linh hoạt: Hữu ích cho nhiều loại vật liệu và có thể xử lý các chất nền lớn hơn.

2. Nhược điểm:

• Thiếu kiểm soát hướng: Kết quả trong khắc đẳng hướng, có thể ảnh hưởng đến kích thước bên.
• Tốc độ khắc chậm hơn: Thông thường không nhanh như quá trình khắc khô.
• Ít chính xác hơn: Không lý tưởng để tạo ra tiền phạt, cấu trúc có tỷ lệ khung hình cao.

2. Sự khác biệt giữa khắc khô và khắc ướt là gì?

Sự khác biệt chính nằm ở môi trường được sử dụng để khắc và cấu hình khắc tạo thành.:

• khắc khô nói chung là dị hướng và sử dụng chùm tia plasma hoặc ion trong môi trường chân không để loại bỏ vật liệu khỏi chất nền. Khắc khô cung cấp khả năng kiểm soát tốt hơn đối với hồ sơ khắc, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi chi tiết tốt và độ chính xác cao.
• Khắc ướt là đẳng hướng, sử dụng hóa chất lỏng, và phù hợp hơn cho các ứng dụng cần loại bỏ đồng đều theo mọi hướng. khắc ướt, đồng thời tiết kiệm chi phí hơn, có xu hướng kém chính xác hơn và phù hợp hơn cho các ứng dụng có độ chính xác cao không quá quan trọng.

3. Các yếu tố cần xem xét khi chọn phương pháp khắc

Khi lựa chọn phương pháp khắc, một số yếu tố phải được xem xét để đảm bảo kết quả tốt nhất cho một ứng dụng nhất định. Chúng bao gồm:

Tính chọn lọc

Tính chọn lọc đề cập đến khả năng của quá trình ăn mòn để loại bỏ một vật liệu trong khi để lại vật liệu khác tương đối không bị ảnh hưởng.. Việc khắc có tính chọn lọc cao là rất quan trọng khi làm việc với vật liệu nhiều lớp, nơi cần khắc chính xác để chỉ loại bỏ một số lớp nhất định mà không làm hỏng các lớp khác. chẳng hạn như trong chế tạo chất bán dẫn.

Tỷ lệ khắc

Tốc độ ăn mòn là độ dày của vật liệu được ăn mòn trên một đơn vị thời gian. Một từ đồng nghĩa với nó là tốc độ khắc. Người vận hành đo điều này bằng nanomet mỗi phút (nm/phút) hoặc micromet trên phút (µm/phút). Tốc độ loại bỏ vật liệu có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình. Tốc độ ăn mòn nhanh hơn có thể được mong muốn cho sản xuất số lượng lớn, nhưng nó phải được cân bằng với nhu cầu về độ chính xác và kiểm soát.

Khắc tính đồng nhất

Tính đồng nhất đảm bảo rằng mẫu khắc nhất quán trên toàn bộ bề mặt. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác về chiều, chẳng hạn như trong sản xuất các thiết bị vi điện tử.

Những cân nhắc khác

• Khắc đẳng hướng: Kiểu khắc này loại bỏ vật liệu đồng đều theo mọi hướng, phù hợp để tạo các nét tròn hoặc cắt xén. Tuy nhiên, Kết quả này không chính xác, và độ chính xác của nó có thể gây ra các vết cắt trên các lớp không thể loại bỏ được.
• Khắc dị hướng: Phương pháp này loại bỏ có chọn lọc vật liệu theo hướng vuông góc với bề mặt, cho phép tạo ra các bức tường thẳng đứng và rãnh sâu. Đây là một hình thức khắc chính xác hơn và có chức năng tạo ra các mẫu hình tròn trên bề mặt.

5. Phần kết luận

Việc lựa chọn giữa khắc khô và khắc ướt phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, chẳng hạn như độ chính xác, trị giá, và thông lượng. Khắc khô là lý tưởng cho các ứng dụng có độ chính xác cao, trong khi khắc ướt phù hợp hơn cho quy mô lớn, sản xuất tiết kiệm chi phí. Hiểu được sự khác biệt giữa các phương pháp này giúp nhà sản xuất và kỹ sư lựa chọn phương pháp tốt nhất cho nhu cầu của họ.

Nội dung tham khảo：https://vi.wikipedia.org/wiki/Etching

6. Câu hỏi thường gặp

 

Q: Phương pháp khắc nào là sự lựa chọn tốt hơn: khắc khô hoặc khắc ướt?

MỘT: Sự lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Khắc khô được ưu tiên cho các ứng dụng có độ chính xác cao, nơi cần khắc dị hướng và kiểm soát tốt, chẳng hạn như trong chế tạo chất bán dẫn. Khắc ướt phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu khắc đẳng hướng và đơn giản hơn, thiết lập hiệu quả về chi phí, chẳng hạn như trong một số quy trình sản xuất PCB.

Q: Quá trình khắc nào trong hai quá trình khắc có giá cả phải chăng hơn?

MỘT: Khắc ướt thường có giá cả phải chăng hơn do thiết lập đơn giản hơn và chi phí vận hành thấp hơn. Thiết bị khắc khô đắt hơn và cần môi trường chân không được kiểm soát, điều này làm tăng thêm chi phí chung. Tuy nhiên, hiệu quả chi phí có thể khác nhau tùy thuộc vào khối lượng sản xuất và độ phức tạp của việc khắc cần thiết.

Q: Sự khác biệt giữa khắc laser và khắc laser là gì?

MỘT: Khắc laser thường đề cập đến quá trình loại bỏ vật liệu khỏi bề mặt để tạo ra một thiết kế hoặc văn bản, thường cho mục đích đánh dấu. Khắc laze, mặt khác, sâu hơn và tạo ra một vùng lõm vào bên trong vật liệu, thường được sử dụng để dán nhãn hoặc trang trí vĩnh viễn.

Q: Khắc ướt có thể được thực hiện bất đẳng hướng?

MỘT: Trong khi khắc ướt vốn có tính đẳng hướng, một số kỹ thuật có thể được sử dụng để làm cho nó trở nên dị hướng hơn. Ví dụ, sử dụng gradient nhiệt độ hoặc hỗn hợp chất ăn mòn đặc biệt có thể ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn theo các hướng khác nhau. Tuy nhiên, đạt được tính dị hướng thực sự có thể so sánh với khắc khô vẫn còn nhiều thách thức.