Rasmussen, Kristian Hagsted

Tør ætsning dækker over flere metoder til fjernelse af materiale ved hjælp af plasma processer med ioner. Reaktiv ion ætsning er en meget brugt art af tør ætsning. I dette projekt er der blevet brugt induktivt koblet plasma reaktiv ion ætsning til at strukturere safir og flere forskellige polymere. Metaller og metal legeringer er blevet struktureret ved hjælp af fysisk erosion af overfladen med argon ioner i et ion stråle ætse system. Alle materialer, hvis opførelse ved æts er blevet undersøgt, er gængse i fremstillingen af forskellige enheder i DTU-Danchips renrum.Ion stråle æts blev brugt til strukturering af magnetiske chips indeholdende fire forskellige materialer i sammenlagt ni lag. Selvom materialerne, tantal, tantal oxid, iridiummangan og nikkel-jern, alle kan blive ætset ved hjælp af reaktiv ion ætsning, er ion stråle ætsning et bedre valg da de tynde lag skal ætses i en proces. Ætse raten for de forskellige lag vil være nogenlunde den samme da ion stråle æts er en fysiks proces, men ætse raten vil af samme grund også være lav. Der kan dog opstå nogle komplikation ved denne type æts, idet der kan være en tendens til at fjernet materiale sætter sig langs struktur og resist vægge. Disse materialedeponeringer kan være skyld i kortslutninger og ved resist fjernelse kan flager af metal kontaminere overfladen. Ud over æts af magnetiske materialer, er også stål blevet ætset med ion stråle ætsning. Her blev der ikke observeret problemer med redeponeringer, men ætse raten var lav hvilket resulterede i en laveselektivitet til photo resist.Safir, som er krystallinsk aluminiums oxid, er kendt for at ætse langsomt i ion stråle ætsning, hvilket er begrænsende for anvendelsen af denne ætse metode. Struktureret safir har flere anvendelser, som for eksempel en struktureret overflade til dyrkning af epitaksal gallium nitrid. Sådanne strukturer skal have en vis højde som bedst opnås ved at bruge reaktiv ion ætsning i et bor klorid plasma. Ætse raten for safir er op til hundrede gange højere for reaktiv ion ætsning sammenlignet med ion stråle ætsning. Derudover kan formen på strukturene styres til en vis grad ved at ændre plasma ætse betingelserne.For polymerer kan reaktiv ion ætsning bruges til flere formål, såsom resist fjernelse, ændring af overflade egenskaber for polymeren og polymer strukturering. Alle polymerer kan ætses i et oxygen plasma inklusiv de i dette projekt brugte som er, SU-8, TOPAS®, PLLA, PCL og PMMA. Det at udsætte en polymer for et oxygen plasma behøves ikke at give en kontrolleret fjernelse af materiale og kan ende med en overflade der er uegnet til det ønskede formål. Det kan være nødvendigt at tilsætte andre gasser såsom SF6 til at fjerne biprodukter fra polymeren og sænke ruheden. Ruhed kan opstå som en følge af redeponering af det valgte maske materiale. Ved brug af foto resist som maske, hvilket er en polymer, er det ikke muligt at opnå en høj selektivitet, og derfor kan der bruges en hård maske. Det er dog muligt at ætse polymerer kontrolbart og forskellige polymerer har mange af de samme ætse afhængigheder i reaktiv ion ætsning.Dry etching is a collective term used for controlled material removal by means of plasma generated ions. Dry etching includes several techniques, with reactive ion etching as one of the most used of its many derivatives. In this work inductively coupled plasma reactive ion etching has been applied for structuring of sapphire and many polymers. Metals and metal alloys have been structured by physical sputtering with argon ions in an ion beam etching system. The materials for which etch characteristics have been investigated are commonly used in device fabrication at DTU-Danchip.Ion beam etching was first used for structuring of a magnetic device containing four different materials in nine layers. The materials, tantalum, tantalum oxide, iridiummanganese, and permalloy, can all be etched by reactive ion etching, however the thin layers and the need to etch all layers in one process makes ion beam etching an ideal choice. The physical nature of ion beam etching ensures etch rates of the different layers to only differ slightly, however, the etch rate is low. One problem with this technique can be redeposition of etched material at the sidewalls and at resist walls. This can introduce short circuits and even contaminate the surface with metal flakes after resist removal. Ion beam etching has also been used for etching of steel without any problems with redeposition. For steel the etch rate was low which reduced the selectivity to the photo resist.Sapphire, a crystal of aluminum oxide, has a very low sputter rate limiting the applicability of ion beam etching. Structuring of sapphire is however interesting for fabrication of prepatterned substrates for gallium nitride epitaxial growth, among others. Such a substrate needs a certain structure height which can be obtained by introducing reactive ion beam etching in a boron trichloride plasma. The etch rates of sapphire in such a plasma can be up to a hundred times faster than rates in ion beam etching. The anisotropy of the etch can be controlled by changing the plasma conditions and fabrication of sloped sidewalls can be achieved.Reactive ion etching of polymers can be used for several purposes, such as polymer removal, surface properties alternation, or polymer structuring. For material removal any polymer can be etched in an oxygen plasma, including all the polymers used in this project, which include, SU-8, TOPAS®, PLLA, PCL, and PMMA. However, just generating an oxygen plasma does not result in a controllable etch and may give rise to a poor surface for later use. It may be necessary to introduce other gases such as SF6 to reduce surface roughness. Roughness can also be introduced by the mask in the form of redeposition of material on the surface. Since photo resist is a polymer the selectivity is inherently low and a hard mask below is a solution to increase selectivity. Nevertheless great controllability with many shared properties can be achieved for polymer etching in reactive ion etching

Online Research Database In Technology

Advanced dry etching studies for micro- and nano-systems

http://orbit.dtu.dk/ws/files/99357008/PhD_thesis_Kristian_Hagsted_Rasmussen_screen_03042014.pdf

Advanced dry etching studies for micro- and nano-systems

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology