Überblick der Ionenstrahl- und Plasmaprozesstechnologien
scia Systems bietet eine Vielzahl von Ionenstrahl- und Plasmaprozessen zum Ätzen, Beschichten und Reinigen von Substraten. Jede Technologie hat durch seine charakteristischen Eigenschaften sowohl Vor- als auch Nachteile für spezifische Anwendungen. Gerne suchen wir mit Ihnen den passenden Prozess für Ihre Anwendung. Unser Technologieportfolio umfasst die folgenden Prozesse:
Beim Ionenstrahlätzen (Ion Beam Etching, IBE / Ion Beam Milling, IBM) wird ein breiter Strahl aus positiv geladenen Ionen (z. B. Ar+) auf ein Substrat gerichtet und Material durch den Ionenbeschuss von der Substratoberfläche abgetragen. Um eine hinreichende Genauigkeit beim Abtrag und den gewünschten Durchsatz zu erreichen, hat der Ionenstrahl normalerweise einen größeren Durchmesser als das Substrat. Für ein optimales Ätzergebniss sollte das Substrat während des Prozesses rotieren.
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Reaktives Ionenstrahlätzen (Reactive Ion Beam Etching, RIBE) nutzt die Technologie des Ionenstrahlätzens/Ionenstrahltrimmens unter Zugabe von reaktiven Gasen in die Ionenstrahlquelle. Durch die Plasmaaktivierung der Reaktivgase wird das Substratmaterial chemisch und physikalisch geätzt. Diese Ätztechnologie ermöglicht es, den Durchsatz und die Materialselektivität zu steigern sowie Winkel beim Ätzen von Gräben zu beeinflussen.
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Chemisch-unterstütztes Ionenstrahlätzen (Chemically Assisted Ion Beam Etching, CAIBE) nutzt die Technologie des Ionenstrahlätzens/Ionenstrahltrimmens unter Zugabe von reaktiven Gasen nahe des Substrates, z. B. mit einem Gasring am Substrathalter. Eine gesteigerte Ätzrate und/oder eine erhöhte Selektivität sind Vorteile dieses Ätzprozesses.
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Das Ionenstrahltrimmen (Ion Beam Trimming, IBT) ist ein spezielles Verfahren des Ionenstrahlätzens, bei dem ein schmaler fokussierter Strahl aus positiv geladenen Ionen (z. B. Ar+) auf ein Substrat gerichtet wird, um das Material durch Ionenbeschuss abzutragen. Der Strahl mit einem Durchmesser von 7 … 15 mm wird mäanderförmig über das Substrat bewegt und ermöglicht eine ausreichende laterale Auflösung sowie hohen Durchsatz. Mit Anpassung der Verweilzeit kann der lokale Materialabtrag genau definiert werden. So können beispielsweise Bauteileigenschaften wie Frequenzen von akustischen Filtern (BAW/SAW), präzise korrigiert werden.
Reaktives Ionenstrahltrimmen (RIBT)
Durch Einleitung von Reaktivgasen in die Ionenstrahlquelle wird die Oberfläche reaktiv strukturiert.
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Ionenstrahlpolieren (Ion Beam Figuring, IBF) ist eine Form des Ionenstrahltrimmens, die auf optischen Substraten angewendet wird. Bei der Polierfehlerkorrektur scannt der fokussierte Ionenstrahl mäanderförmig über die Substratoberfläche. Durch Anpassung der lokalen Verweilzeit werden kleinste Oberflächenformfehler auf gebogenen Substraten, wie asphärischen Linsen, korrigiert. Das Ionenstrahlpolieren setzt da an, wo konventionelle Polierverfahren nicht mehr möglich sind.
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Ionenstrahlsputtern (Ion Beam Sputtering, IBS) oder auch Ionenstrahlabscheidung (Ion Beam Deposition, IBD) bezeichnet einen Prozess, bei dem die Ionenstrahlquelle direkt auf ein Target gerichtet ist. Durch den Ionenbeschuss wird Material physikalisch vom Target abgetragen und auf dem Substrat abgeschieden, was zu einem Schichtwachstum führt. Der niedrige Sputterdruck und die geringen Prozesstemperaturen ermöglichen ein dichtes Schichtwachstum mit herausragenden Schichteigenschaften, z. B. für Brechungsindex sowie geringe Absorptionsverluste. Die Zugabe von Reaktivgasen, wie Sauerstoff, erlaubt das reaktive Sputtern von z. B. dielektrischen Materialien.
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Zusätzlich zur Sputterquelle des Ionenstrahlsputterns wird beim dualen Aufbau eine weitere Ionenstrahlquelle als Assistenz genutzt. Dieser zusätzliche Ionenbeschuss wird direkt auf das Substrat gerichtet und dient der Vorreinigung der Oberfläche oder wird zur Beeinflussung der aufwachsenden Schichten genutzt.
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Die Plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) ist ein reaktiver Prozess, bei dem Materialien aus dem gasförmigen Zustand (Dampf) auf dem Substrat abgeschieden werden und dort dünne Schichten in fester Form bilden. Durch eine Anordnung von HF-Elektroden oder Mikrowellenantennen wird ein Plasma angeregt. Das führt dazu, dass die benötigten Precursorgase in einen Dampf reagieren, der dann an der Substratoberfläche kondensiert. Da die chemischen Reaktionen bei diesem Prozess durch Plasma hervorgerufen werden ist die Prozesstemperatur wesentlich geringer als beim thermisch-basierten CVD-Prozess.
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Das reaktive Ionenätzen nutzt reaktive Gase und Ionenbeschuss zum chemischen und physikalischen Ätzen einer Substratoberfläche. Die reaktiven Gase werden durch Plasmaanregung, durch eine Anordnung von HF-Elektroden oder Mikrowellenantennen ionisiert. Die Reaktivität des Prozesses ermöglicht eine hohe Ätzrate und Materialselektivität sowie das Einstellen von Profilen beim Ätzen von Gräben.
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Das Magnetronsputtern, auch Kathodenzerstäubung, beschreibt einen Prozess, bei dem die Targetmaterialien direkt auf der Kathode platziert werden. Durch ein permanentes Magnetfeld an der Kathode entsteht ein dichtes Plasma an deren Oberfläche. Dies führt zu einem Ionenbeschuss und somit zu einem Abtrag von Targetmaterialien, die dann auf der Substratoberfläche abgeschieden werden. Durch eine Zugabe von Reaktivgasen, wie Sauerstoff, können beispielsweise Dielektrika von metallischen Targets gesputtert werden. Das ermöglicht nicht nur hohe Sputterraten, sondern auch gute Schichteigenschaften, z.B. den Refraktionsindex.
Verschiedene Sputteranordnungen erlauben dabei eine Vielzahl von Anwendungen:
Statische Abscheidung mit Einzelmagnetron:
Die Prozesskammer beinhaltet ein Magnetron mit einem drehenden magnetischen Feld. Der Targetdurchmesser ist dabei größer als der des zu beschichtenden Substrates.
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Konfokale Abscheidung
Die Sputteranordnung besteht aus bis zu 4 Magnetrons, deren Targetdurchmesser kleiner ist als der Substratdurchmesser. Die Magnetrons können zum Co-Sputtern von Legierungen (unterschiedliche Targetmaterialien) oder zum bipolaren Sputtern (gleiche Targetmaterialien) kombiniert werden.
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Strom durch einen Wolframfaden verursacht eine Elektronenemission, die durch Hochspannung zu einem Elektronenstrahl vereinigt wird. Ein Magnetfeld lenkt den Elektronenstrahl so ab, dass er in den Tiegel fokussiert wird. Dies führt zum Verdampfen des Targetmaterials und zur Abscheidung auf dem Substrat.
Elektronenstrahlverdampfen mit Ionenstrahl-Unterstützung
Durch eine zusätzliche Ionenstrahlquelle kann die wachsende Schicht beeinflusst werden oder das Substrat vorgereinigt.
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Die Trockenreinigung im Vakuum ermöglicht die Entfernung von kleinsten Verschmutzungen der Substratoberfläche. Es werden verschiedene Verfahren der Trockenreinigung nacheinander angewandt, um das Reinigungergebnis sukzessive zu optimieren.
Vakuumdesorption
Die Vakuumdesorption entfernt Verschmutzungen unter Nutzung von Ultrahochvakuum.
Thermische Desorption
Bei der thermischen Desorption wird durch Aufheizung die Flüchtigkeit der Verunreinigungen erhöht und diese vom Substrat entfernt. Wasser kann beispielsweise effektiv mit einer Substratbeheizung durch Infrarot- oder Widerstandsheizer entfernt werden.
Plasmabehandlung
Die Plasmabehandlung nutzt Plasma zur Entfernung von Verunreinigungen. Sauerstoffplasmen mit niedriger Ionenenergie helfen zum Beispiel bei der Reduzierung von Kohlenwasserstoffen oder dem Entfernen von Fotolacken
Hochenergetischer Ionenbeschuss
Durch hochenergetischen Ionenbeschuss einer HF-Elektrode oder einer Ionenstrahlquelle werden die ersten Nanometer des Substratmaterials entfernt. (z. B. bei nativen Oxiden auf einem Siliziumwafer).
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