Ätzen, Feinreinigung, Modifizierung und Strukturierung von Oberflächen

Thermisches und plasmagestütztes Ätzen, Feinreinigung, Modifizierung und Strukturierung von Oberflächen

REM-Aufnahmen einer Si-Wafer-Oberfläche, oben: unbehandelt, unten: unterschiedlich strukturiert mittels thermischem F2-Ätzen
© Fraunhofer IWS Dresden
REM-Aufnahmen einer Si-Wafer-Oberfläche, oben: unbehandelt, unten: unterschiedlich strukturiert mittels thermischem F2-Ätzen
Plasmafeinreinigung von Kupfer mittels Ar+N2-Plasma (LARGE)
© Fraunhofer IWS Dresden
Plasmafeinreinigung von Kupfer mittels Ar+N2-Plasma (LARGE)

Bauteiloberflächen müssen für eine Vielzahl von Anwendungen unterschiedlich vorbehandelt werden. Die Art der Vorbehandlung kann dabei von einer einfachen Reinigung über eine chemische Veränderung der Oberfläche bis hin zum Ätzen reichen, wobei durch Materialabtrag entweder Oberflächen geglättet oder auch gezielt bestimmte Strukturen generiert werden. Das Fraunhofer IWS bietet für alle Anwendungsbereiche thermische sowie plasmagestützte Verfahren im Nieder- bis Atmosphärendruckbereich an. Beispiele dafür sind:

Ätzen / Strukturieren

Es stehen mehrere Anlagen zum Ätzen von Oberflächen zur Verfügung. Der Einsatz unterschiedlicher perfluorierter Kohlenwasserstoffe, wie z. B. CF4 oder C4F8 ist beim plasmagestützten Ätzen ebenso möglich wie die Nutzung anorganischer Ätzgase (O2, NF3, SF6). Fluorgas kann aufgrund seiner geringen F-F-Dissoziationsenergie thermisch aktiviert werden. Dafür wurde in der Arbeitsgruppe Plasmatechnik und Nanomaterialien eine Trockenätzanlage entwickelt, die thermisch aktiviertes Ätzen mit Fluor bei Atmosphärendruck erlaubt. Insbesondere dünnes Wafermaterial mit Abmessungen bis zu 156 x 156 mm² kann damit prozessiert werden.

Feinreinigung

Für die Plasmareinigung und -oberflächenaktivierung von Metallen, Si, Glas und Polymeren wird überwiegend die LARGE-Technologie bei Atmosphärendruck genutzt. Damit können 2D- sowie leicht gewölbte Bauteile behandelt werden. Es sind Bearbeitungsbreiten von bis zu 150 mm und Verfahr-Geschwindigkeiten von max. 150 m/min möglich. Eine große Auswahl an Prozessgasen (reduzierend: H2, NH3, oxidierend: O2, N2O, CO2, Druckluft, inert: N2, Ar) stehen an mehreren Anlagen zur Verfügung und können je nach Anwendungsfall spezifisch ausgewählt werden. Beispielsweise können Ölfilme auf Aluminium (0,05 - 0,1 mg/cm²) mit einer Prozessgeschwindigkeit von 30 m/min unter Verwendung eines Ar+N2-Plasmagasgemisches rückstandsfrei entfernt werden.

Modifizierung

An mehreren Anlagen können sowohl das thermische Fluorieren mit Fluor als auch das plasmagestützte Fluorieren mit unterschiedlichen F-haltigen Gasen (z. B. NF3, SF6 oder COF2), untersucht werden. Neben Kunststoffen ist auch die Behandlung von CFK-Werkstoffen und unterschiedlichen Kohlenstoff-Materialien, z.B. Carbonfasern, möglich.

Ein weiterer Anwendungsfall für die Oberflächenmodifizierung ist die Verbesserung der Haftung von wasserbasierten Lacken auf unpolarem Polypropylen (PP). Dafür wird der Kunststoff mit einem Atmosphärendruckplasma vorbehandelt. Unter Verwendung von CO2-haltigem Plasmagas werden Hydroxyl- und Carboxylgruppen auf der PP-Oberfläche generiert, die eine optimale chemische Anbindung des Lackes ermöglichen.